Третий этаж музея является единым выставочным пространством, состоящим из следующих залов, которые можно посетить:

• «Физико-географическое положение Астраханской области»;
• «Природа дельты Волги»;
• «Природа пустынь и полупустынь»;
• «Астраханский край в древности»;
• «Золотая орда»;
• «Астраханский край в XVI–XVIII вв.»;
• «Заселение Астраханского края».

В ландшафтных диорамах экспозиции зала природы можно увидеть и цветущий лотос, и колонии водоплавающих птиц и обитателей Каспийского моря – тюленей. Чучела сусликов, тушканчиков, полевок, сайгака, дрофы, хорька-перевязки и других. Познакомиться с предметами каменного века, савромато-сарматского периода и эпохи владычества Хазарского каганата. Увидеть уникальный экспонат – «Плащаницу Марины Мнишек» и многое другое.