La sede è allestita in ampi locali del settecentesco Palazzo Felici. Valorizza prioritariamente i fossili locali, reperti di fauna marina risalenti al Pliocene inferiore. Furono studiati nel 1880 da Alessandro Mascarini. Si articola in diverse sezioni. In quella dei fossili locali sono esposti circa 500 reperti. Vi si possono osservare Cirripidi del genere Balanus, 60 specie diverse di Molluschi (Murex, Nassa, Natica, Pecten, ecc..), alcuni Echinodermi, denti di squalo, foglie fossilizzate. L’esposizione dei fossili provenienti da tutto il mondo e di tutte le ere è interessante per la presenza di pezzi particolari, come ad esempio zanne di mammut del Mare del Nord, parti dello scheletro di un orso delle caverne dei Pirenei, trilobiti del Marocco, un uovo di dinosauro della Cina e l’uovo più grande mai deposto: quello di Aepyornis. La sezione di minerali conserva 1.200 pezzi, tutti molto interessanti ed alcuni addirittura eccezionali, come ad esempio un blocco di aragonite con dei perfetti cristalli trasparenti di zolfo, un blocco di stilbite con molti ciuffi di natrolite del peso di 26 Kg. Di grande suggestione è la grotta dei minerali in cui è possibile ammirare la caratteristica fluorescenza di alcuni di questi reperti sotto la lampada di Wood. Una sezione del primo piano è dedicata alla collezione malacologica dell'artista marchigiano Elio Ceccotti composta da circa 300 quadri realizzati con diecimila conchiglie.
Presso il museo opera un Centro di Educazione Ambientale, che offre a scolaresche ed a gruppi organizzati attività didattiche direttamente nei giacimenti fossiliferi locali, ed attività di laboratorio come, ad esempio, l’osservazione al microscopio dei microfossili.
Palazzo Felici è anche la sede per l’intero fermano dell’Ecomuseo. Un centro di documentazione orale che raccoglie, cataloga, conserva e divulga le conoscenze popolari, quelle che per secoli hanno regolato e condizionato l’intero ciclo della vita, e oralmente tramandate da generazione in generazione.
Una sala ospita un monumentale polittico di Pietro Alamanno, seguace di Carlo Crivelli, dipinto tra il 1475 e il 1480. Proviene dalla chiesa di S. Giovanni Battista ed è l’unico polittico dell’artista rimasto integro con la sua preziosa cornice.
Con il progetto "Il museo di tutti e per tutti" si è realizzato un percorso sensoriale dedicato e una guida tattile con testo in braille del museo. Inoltre, è in attivazione il servizio di visita guidata con interprete LIS (a pagamento).