從1989年自貢恐龍走出國門，在世界各地巡回展出。先後在日本、泰國、丹麥、美國、南非、澳大利亞、新西蘭、韓國、香港等國家（地區）展出14次，共計23個城市，參觀人數超過1000萬人次。被外國友人譽為 "1.6 億年前的友好使者"。同時，自貢恐龍還赴上海、珠海、廣州、北京、福州、大同、重慶、深圳等國內30多個大中城市展出，所到之處同樣受到歡迎，***計國內觀眾近100萬人次，兩者效益十分顯著。
博物館先後被文化部授予 "國家壹級博物館"、"國土資源部科普教育基地"、"中國旅遊勝地四十佳"、"國家地質公園"、"國家AAAA級景區"、"全國青少年科技教育基地"、"全國文化工作先進集體"、"中華人民共和國國家博物館"先進集體"、"全國十大陳列精品獎"、"四川省重點博物館"、"20 世紀中國最具代表性的 30 座精品建築"。
是中宣部、科技部命名的全國100個 "青少年科技教育基地 "之壹，是 "中國古生物科普教育基地"、"四川省愛國主義教育基地"、"四川省科普教育基地"。1972年3月，國家地質總局第七普查大隊黃建國等人在大山鋪萬年燈發現恐龍尾椎化石。
1975年9月23日，年近八旬的我國著名地質生物學家、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所所長楊鐘健教授專程到自貢、巫家壩、珍珠沖、大山鋪等地的恐龍化石遺址考察。
1977年10月，四川省保護古脊椎動物化石幹部培訓班的36名學員，在大山鋪萬年燈恐龍化石點實習，挖出了完整的蜥腳類恐龍化石。
1979年底至1984年，中國科學院古脊椎動物研究所、成都地質研究所、重慶博物館、自貢鹽業歷史博物館和自貢恐龍博物館等單位在大山鋪進行了多次單獨或聯合發掘，在上千平方米的範圍內發掘了數百具恐龍等脊椎動物骨骼化石，從水生軟骨魚類到陸生爬行類壹應俱全。這次發掘出土了數百具恐龍和其他脊椎動物的骨骼化石，從水生軟骨魚類到陸生爬行動物。
1982年5月20日，國務委員、副總參謀長、中央軍委副秘書長張愛萍在四川省委第壹書記譚啟龍的陪同下，視察大山鋪恐龍化石發掘現場時，提出了在現場修建博物館的建議。並揮筆寫下了 "恐龍石窟，世界奇觀 "八個大字。
1983年3月，經四川省自貢市委批準，自貢成立了恐龍博物館領導小組，焦正功同誌任組長。
1983年10月，四川省自貢恐龍博物館和四川省自貢恐龍科學研究所正式成立。後為突出地方特色，簡化機構名稱，於1987年3月更名為 "自貢恐龍博物館 "和 "自貢恐龍科學研究所"。
1985年3月5日，自貢市人民政府聘請中國科學院地質學部古脊椎動物與古人類研究所所長、北京自然博物館館長周明禎為自貢恐龍博物館名譽館長，古脊椎動物研究所助理研究員董誌明為科學顧問，上海自然博物館原館長商坦吉為業務顧問。
自貢恐龍博物館於1986年底建成，1987年1月15日正式對外開放。
1991年，大山鋪恐龍化石群遺址被四川省人民政府公布為 "四川省文物保護單位"。
1991年1月，"大山鋪恐龍化石群遺址 "被列入 "世界地質遺跡提名名錄"，並被列為 "壹級 "遺址，將優先推薦給遺產委員會的 "世界遺產名錄"。
1991年12月，自貢恐龍博物館被評為中國旅遊勝地（新開發人文景觀）四十強。
1995年12月，自貢恐龍博物館被四川省委、省政府命名為首批省級愛國主義教育基地。
1998年11月，自貢恐龍博物館被四川省科委、省科協命名為首批省級 "科普教育基地"。
2001年，自貢恐龍博物館基本陳列在國家文物局主辦的 "全國十佳優秀陳列評選 "中脫穎而出，被評為 "全國十佳優秀陳列-優秀獎"。
2002年，自貢恐龍博物館被中宣部、科技部等部委聯合授予 "全國青少年科技教育基地"。
2002年，恐龍博物館通過擴館工程建設，占地面積由38畝擴大到100畝，由博物館發展成為國家地質公園，並於當年9月28日舉行了隆重的國家地質公園開園揭碑儀式。
2008年2月，聯合國教科文組織批準其加入世界地質公園網絡。
2008年5月，被國家文物局認定為首批 "國家壹級博物館"。
2012年，它被中國科學技術協會授予 "全國科普教育基地 "稱號。