Světovou proslulost věstonickému nalezišti přinesly systematické výzkumy, které v letech 1924 – 1938 prováděl Karel Absolon. K jeho nálezům patří také jedinečná Věstonická venuše,
11 cm vysoká soška ženy z pálené hlíny.
Starší část expozice ilustruje metody bádání. Dokumentovány jsou geologické a pedologické poměry na severovýchodním předpolí Pavlovských vrchů, rostlinstvo a zvířena dob ledových. Předvedeny jsou
kamenné a kostěné předměty s náznakem technik jejich výroby. Zastoupeny jsou ukázky kosterních pozůstatků tehdejších lidí a také významné nálezové situace. Pozornost je věnována také umělecky zpracovaným výrobkům (např. čelenky, náhrdelníky) a
plastikám z kostí a hlíny.
Novější část expozice vychází z objevů posledních let. Prezentovány jsou aktuální poznatky o vývoji člověka. Představu o možnostech interpretace nálezových situací na různých nalezištích doplňuje
rekonstrukce paleolitického obydlí. Zvláštní místo má rekonstrukce hrobu tří mladých jedinců, nalezeného v Dolních Věstonicích v roce 1986 a výklad o antropologickém výzkumu věstonické populace. Zpřístupněny jsou výsledky vědeckého experimentu, který byl zaměřen na srovnání postupů pravěkých tvůrců a současných lidí při výrobě hliněných plastik. Zajímavé jsou doklady
přípravy barev, které do současnosti ulpívají na drtičích a kamenné podložce po téměř třiceti tisíciletích. Předvedeny jsou také doklady broušení kamenných oblázků a otisky textilií, nejstarších v dějinách lidstva.