La salle de paléontologie accueille une importante collection de pièces assorties de la fin du Tertiaire et du début du Quaternaire (il y a entre 5 et 1 millions d'années), issues des fouilles paléontologiques réalisées dans la région par l'Institut de Paleontologia de Catalunya depuis 1980 au gisement d'Incarcal (à Crespià). On y expose également des découvertes datant des années 50-70 du XXe siècle (sites de Cornellà del Terri et Bòbila Ordis).
Les pièces les plus remarquables sont les mastodontes, les rhinocéros, les cerfs et les petits chevaux (fin du Tertiaire, il y a entre 5 et 3 millions d'années) de Cornellà de Terri, ainsi que la série magnifique de carnivores (tigres aux dents de sabre et hyènes) et d'herbivores (éléphants, hippopotames, cerfs géants et chevaux) en provenance de Bòbila Ordis et d'Incarcal (début du Quaternaire, il y a entre 1,3 et 0,75 millions d'années).
Au gisement d'Incarcal, grâce à de soigneuses fouilles, des restes tout à fait hors du commun pour cette période ancienne ont été découverts : de nombreuses noix et des araignées.