La sección paleontológica del Museo de la Baronía, se divide en tres partes fundamentales. La primera y más importante, es sin duda la colección de fósiles del Yacimiento de la Rinconada del mioceno inferior de Ribesalbes, compuesta por hojas, plantas, semillas, insectos y anfibios.

Otra interesante sección es la compuesta por las reproducciones de cráneos de dinosaurios, y de mamíferos terciarios. Y la última sección se compone de una gran colección de fósiles de todo el mundo, tanto de paleontología invertebrada como también de paleontología vertebrada, comprendiendo fósiles de todos los períodos geológicos y con grandes colecciones de Equinodermos, Gasterópodos, Gefalópodos, Bivalvos, Trilobites, Braquiópodos, Corales, Peces, Cangrejos, Ámbar, etc.

Todos los fósiles expuestos en las vitrinas del museo, están clasificados por expertos paleontólogos, y grandes posters informativos, ayudan al visitante a comprender mejor la historia geológica del yacimiento, así como la historia cronológica de todos los períodos geológicos de la tierra.