Au 2e étage du musée, la salle de Paléontologie est consacrée aux plus belles découvertes du site paléontologique de Menat. Ce gisement date de moins 56 millions d’années (période Paléocène, début du Tertiaire), c’est-à-dire juste après la disparition des Dinosaures.
De renommée internationale, ce site paléontologique présente un intérêt scientifique et pédagogique exceptionnel car il s’agit du plus ancien gisement tertiaire de France et du deuxième plus ancien d’Europe. Le village de Menat est situé à la place d’un ancien lac de cratère au fond duquel se sont déposées, il y a 56 millions d’années, des animaux aquatiques morts. Le Cercle de Paléontologie Bernard Palissy a créé le Musée et protège le gisement.
Le site est depuis 1988 déclaré « Réserve naturelle » et placé sous la protection du Ministère de l’Environnement. A la suite de l’association Rhinopolis, l’association Paléovergne exploite le gisement à des fins scientifiques, gère les collections et est appelée à organiser les multiples actions de sensibilisation destinées à faire mieux connaître le site de Menat et la Paléontologie en général.