2000年夏に開催された「恐竜エキスポふくい2000」のメイン会場として同年7月に開館。
日本最大級の規模を誇り、建築設計は故・黒川紀章氏。外観は銀色の卵型をしており、内部の広大な無柱空間には40体以上の
恐竜の全身骨格（レプリカを含む）が立ち並んでいる。
正面入口から、長さ33メートルのエスカレーターで一気に地階に下り、順路によって進むと「恐竜の世界」「地球の科学」「生命の歴史」の3つのテーマゾーンで古代の地球の歴史を学ぶことができる。
恐竜博物館は、日本を代表する恐竜化石研究の拠点でもあり、来館者はガラス越しに化石クリーニングの様子も見学できる。
恐竜博物館は、カナダのロイヤル・ティレル古生物学博物館、中国の自貢恐竜博物館と並んで、世界三代恐竜博物館と称されている。
