Палеонтологичният музей в Асеновград е един от най-интересните музеи в страната. Основан е през 1990 г. като филиал към Националния природонаучен музей в София, а неговото официално откриване е на 21 май 1995 година. Голяма част от експозицията му съществува благодарение на работата на учителя по биология Димитър Ковачев, който е събирал материалите години преди музеят официално да отвори врати.
В Палеонтологичния музей в Асеновград се пази единственият запазен цял скелет на хиена, откриван в България, както и единствената изцяло запазена глава на Саблезъб тигър (Smilodon). Тук се намира и единственият в цял свят изцяло запазен скелет на тигър Метаилурус. Заради важността на експоната в музея в Асеновград е показано негово копие, а оригиналът е в хранилищата на Националния природонаучен музей. Поредната единствена по рода си находка на музея е горната челюст на животното Калиманция Булгарика.
Музеят в Асеновград пази и вкаменелост от маймуната Месопитикус Делсони, която е една от най-добре запазените в света. През 2003 г. откривателят на този вид – американският професор Делсон, на когото е кръстена маймуната, посещавайки Палеонтологичния музей, е заявил, че не е виждал по-добре запазен екземпляр.
В музея има останки от мастодонти, газели, антилопи, трипръсти коне Хипариони и др.
Тук е разположен и най-интересният експонат за посетителите на музея – Динотериум (Deinotherium giganteum Kaup). Това е огромно хоботно животно, което е обитавало блатистите райони преди 8 млн. години, тежало е повече от 12 тона. Находката е уникална по рода си, тъй като в цял свят има едва пет запазени подобни скелета. Скелетът е бил изкопан при село Езерово през 1967 г. Българският екземпляр се смята за уникален, тъй като съдържа най-голям брой кости от едно животно. Заради уникалността си оригиналът на експоната се пази в Националния природонаучен музей. Скелетът е експониран в зала с размерите на волейболно игрище.
