自贡恐龙博物馆探秘馆（自贡恐龙博物馆二号馆），建筑面积为3334平方米，围绕恐龙的演化，分别设计“恐龙崛起”“史前霸主”“帝国没落”“恐龙飞天”“剖面和遗址”5个单元。

自贡恐龙博物馆“探秘馆”的外型设计，形似一分为二的一个恐龙蛋——象征恐龙生命从中破壳而出，开启全新的旅程。这个恐龙蛋形状的“探秘馆”，共分四层，总面积3334平方米，展陈面积2930平方米。其中，保留有环绕三面的地层剖面400平方米，以及坑底面积约150平方米的若大一个化石遗址坑。在此遗址坑顶部的岩层表面，还保留有一具体长达23米的大型蜥脚类恐龙的原始埋藏场景。为纪念自贡恐龙博物馆的奠基者——焦政，研究者江山先生把这条经他研究的恐龙，命名为了：焦氏峨眉龙。

“探秘馆”的陈列主题为《恐龙奥秘》。它共分六个大的陈列单元，对地球、地质、地理、生物，以及诸多典型恐龙化石标本等，均有系统的陈列展示，陈列技术、表现手法也有新的拓展、提升，更具科普性、互动性，时空上的延伸性、思维上的丰富性。能较好弥补主馆（“遗址馆”）基本陈列不足的短板。

新馆建在新发现的恐龙化石遗址之上。发掘后保留的遗址面积约70平方米，遗址上保留着一具完整的大型蜥脚类恐龙——焦氏峨眉龙，体长达23米，这是侏罗纪中期自贡地区特有的一类大型长颈蜥脚类恐龙，也是目前自贡大山铺发现的个体最大的恐龙。 从外观上看，探秘馆被一颗恐龙蛋包裹着，在“蛋壳”的缝隙间，是“光”照进来的地方，游客可以搭乘这艘蓝色的“时光机”抵达亿万年前的世界。此次征途以恐龙起源、繁盛、衰亡为轴线，可以了解到恐龙的“家庭”、恐龙的“矛”“盾”、恐龙的“智商”、恐龙中的“伪装者”等内容。新馆通过现代科技手段，为游客上演一堂“干货”满满的科学知识课程，展现科学的神奇与美妙。 新馆充分利用科技赋能，使其成为一个探秘馆、体验馆，让“恐龙”能动能说话，带给观众更多沉浸感和体验感，体验孵恐龙蛋的过程——从一颗恐龙蛋到破壳而出，再到长成小龙远远跑开, 亲身感受一次“龙妈”的快乐，真正做到既好看又好玩，让科学更加有趣。

自贡恐龙博物馆“恐龙探秘馆”于2023年1月1日开馆。