Витрина III-1 охватывает докембрийский и палеозойский этапы развития региона. Она начинается с небольшой вводной части, которая знакомит с геологической картой Московской области и геологическим разрезом. Каменноугольные, юрские и меловые отложения очень широко распространены в Подмосковье. Более древние находятся под ними и не выходят на дневную поверхность. Бурение в сочетании с современными геофизическими методами дает возможность разносторонне исследовать магматические и метаморфические породы фундамента, а также древние породы осадочного чехла. Большой полнотой отличается разрез скважины Гаврилов Ям, пробуренной в Ярославской области. Литология и фауна отложений, скрытых под слоями более молодых пород, изучаются по извлекаемому из скважин керну, образцы которого можно увидеть в витрине. Территория Подмосковья много сотен миллионов лет находилась под толщей воды. Море то мелело, то углублялось, его населяли водоросли, беспозвоночные животные, рыбы. С течением времени одни группы сменялись другими.
В витрине III-1 продемонстрированы разнообразные скелетные остатки палеозойских брахиопод, книдарий, моллюсков (рис. 100), иглокожих, мшанок, рыб и других групп. Выходы каменноугольных отложений занимают значительную часть территории Подмосковья. Фауна этого возраста представлена не только в витрине, но и на двух отдельностоящих подиумах.
Витрина III-2 рассказывает об особенностях развития региона в самом конце палеозоя, в мезозое и кайнозое. В перми море надолго сменилось сушей. Пермские и триасовые болота стали заселяться наземными позвоночными (рис. 101) и другими животными (рис. 102). Лишь в юре Московский регион оказался снова залит морем, обитатели которого были уже совсем иными, чем в карбоне. Их ископаемые остатки представлены в витрине (рис. 103). Обращают на себя внимание раковины аммонитов с перламутровым слоем изумительной красоты, ростры белемнитов, разнообразные двустворки и гастроподы.
