從新化交流道往東朝臺20線走，約莫30分鐘即到左鎮菜寮化石館。百萬年前，左鎮鄉可能是濱海或淺海區，因為有許多海底生物骨骸遺留於此，菜寮溪流域因有這樣特殊地層，每逢豪雨沖刷，河床上就散布了大量的古生物化石。著名的「左鎮人」頭頂骨化石也在此發現，屬於臺灣早期發現的人類化石。化石是大自然的恩賜，加上有心人士的愛惜收藏，於是造就「菜寮化石館」的誕生。化石館成立於民國70年，館藏豐富，並致力於研究與推廣，兼具歷史與教育意義，可說是臺灣史前人類研究開啟重要里程碑。
菜寮化石館外觀建築簡單而大方，綠色的屋頂，白色圍牆，訴說著大自然純淨潔樸的生命力。圍牆上雕刻著化石層積年代，尚未走入館內，即能對化石岩層有初步認識。走入館內，映入眼簾的是各種珍貴化石；目前收藏的化石，多為左鎮菜寮溪當地出土的，距今約160萬年前的第四紀更新世及臺灣哺乳動物化石為主，十分具有教育意義。館內擺設化石的種類，計有犀牛化石、臺灣古象、古鹿、貓科生物化石、朱鯧魚化石、大量的鯊魚齒、鯨魚脊椎骨，數量最多的是貝類化石、海膽化石、樹葉和種子化石等，另有左鎮人頭蓋骨化石、臼齒化石之複製品。
館內也介紹採集化石的方法，展示各種採集工具，讓人看了忍不住也想捲起袖子和褲管前往化石採集地，但礙於自然環境的限制，只能觀賞館內展出的化石。因菜寮溪陸續發掘出土的化石，不但種類繁多、數量豐富，且此地也是臺灣早期發現脊椎動物化石的地區，是臺灣主要大型脊椎動物化石產地，所以菜寮溪的化石，長久以來一直受到國內、外研究學者與業餘化石愛好者的關注與重視，菜寮化石群也成為臺南縣重要自然文化資產與地方特色。
菜寮化石館收藏豐富多元，日據時期臺北帝國大學（今臺灣大學前身）早坂一郎教授在菜寮溪發現化石以後，又發現了左鎮人頭蓋骨化石，及一頭近完整的犀牛化石，使得菜寮溪聲名大噪，化石館二樓有一頭以早坂一郎命名的犀牛模型，就是以當時發現的化石研究復原的架構。化石館內的古化石，是研究臺灣的古代地理、環境、生物演進極重要的參考依據。