Úvodní část eliptického půdorysu Z dějin astronomického poznání představuje nejvýznamnější mezníky v dějinách astronomie v časovém rozpětí cca 6 000 let. Nejstarším předmětem sbírkového fondu je meteorit nalezený roku 2005 v Argentině na území Campo del Cielo, starý téměř 5 000 let.
Druhá část expozice Z dějin astronomických přístrojů ukazuje v šesti tématických kapitolách přístroje používané v astronomii v různých historických obdobích od 15. do 20. století.Těžiště prezentace je situováno do 16. – 17. století, kdy v Praze, sídelním městě císaře Rudolfa II., pracovali nejvýznamnější astronomové doby – Tycho Brahe a Johannes Kepler.
Také 18. století s armilárními sférami, měřícími přístroji, globy, slunečními hodinami a dalšími předměty dává nahlédnout do podivuhodného světa astronomů, geometrů, kartografů a počtářů, ale i navigátorů lodí. Principy používání přístrojů a pomůcek i uvedení do současných poznatků astronomie zajišťují obrazovky s animovanými a dokumentárními filmy.