Allestito nella Rocca Malatestiana nel 1981, espone un campionario dei fossili di fauna e flora rinvenuti nel territorio di Mondaino, risalenti alla fine del Miocene (circa 5 milioni di anni fa). I fossili di Mondaino sono celebri per la varietà dei pesci, appartenenti a 21 specie diverse, e per rari resti di uccelli. L’apparato didattico, con pannelli e plastici, fornisce un quadro del patrimonio paleontologico locale in rapporto con le vicende geologiche della regione, spiega il fenomeno della fossilizzazione  e illustra l’evoluzione dei pesci.