以前は郷土資料館でしたが、肉食爬虫類「エゾミカサリュウ」の化石が発見され、天然記念物に指定されたことに伴い、市立博物館となりました。

「化石の博物館」とも言われ、天然記念物エゾミカサリュウをはじめ、アンモナイト・海生肉食爬虫類のモササウルス・草食恐竜ノドサウルスなど、白亜紀の化石を約１０００点も収蔵・展示しています。

館内は６つの展示室で構成され、メインとなる「白亜紀の世界と化石」展示室には、北海道で発見された約1億年前（白亜紀）に生きていたアンモナイトの化石が数多く展示（約80種600点）されおり、直径１ｍもの巨大きなアンモナイトを素手で触ることができます。

なお、北海道初の炭鉱の街まちとして栄えた歴史資料の展示室もあります。

屋外には、森林鉄道の軌道跡を整備した野外博物館（桂沢サイクリングロード　約1200ｍ〉があり、その道筋に「石炭層」や激しい地殻変動のため傾いた「垂直隆起層」（1億年前の白亜紀地層と5千年前の古第三紀地層）など、地質学及び考古学上の貴重な場所を見れます。野外博物館用のレンタサイクルがありますよ。

また、定期的に「野外自然観察講座」が開催されています。

開館時間は9:00から17:00で、休館日は毎週月曜（祝日に当たる場合は翌日）・年末年始（12/30～1/4）と冬期間（12月～3月）の祝日です。