長崎市恐竜博物館の最大の特徴は、恐竜研究の世界的権威である「福井県立恐竜博物館」との友好提携協定のもとに誕生した点です。単なる観光アトラクションではなく、最先端の古生物学研究に基づいた本格的な展示設計がなされています。
長崎市のもざき地区周辺では、白亜紀後期の地層（三ツ瀬層）から国内初となる大型獣脚類の歯化石や鎧竜の化石が相次いで発見されており、日本有数の重要な化石産出地として知られています。館内ではこれらの貴重な地域実物化石をはじめ、約180点に及ぶ貴重な標本が系統立てて展示されています。
なかでも来館者を圧倒するのが、展示室中央に鎮座するティラノサウルスの全身骨格レプリカ「スコッティ（標本番号RSM P2523.8）」です。カナダで発掘されたスコッティは、全長約13メートルにおよぶ世界最大級・最重量級のティラノサウルス個体として名高く、その骨格の重厚感と凶暴な顎の造形は息を呑む迫力があります。
さらに、館内奥のジオラマコーナーには、リアルな皮膚の質感と繊細な動きを再現した実物大の動く恐竜ロボットが配されており、白亜紀の長崎を再現した音響とライティングの中で咆哮します。加えて、研究員が実際に化石を岩石から削り出す作業をガラス越しに見学できる「オープンラボ（化石研究室）」も常設されており、子供たちの探求心を刺激する工夫が随所に凝らされています。
