二连盆地白垩纪恐龙国家地质公园位于市区东北9公里处的盐池附近，总面积10471公顷，核心区面积29.9公顷。已建成的有恐龙科普馆、恐龙化石埋藏馆、矿物晶体馆、伊林驿站遗址博物馆等。公园于2006年被评为自治区级地质公园，2009年8月被评为国家级地质公园，同年被国家旅游局评为4A级旅游景区。二连盆地白垩纪恐龙国家地质公园是集遗址保护、科普教育、旅游参观为一体的综合展馆。
二连盆地白垩纪恐龙国家地质公园以闻名中外的晚白垩世恐龙化石群遗迹为主体景观，辅以重要的地层遗迹和花岗岩石林景观，结合独一无二的恐龙景观文化资源，是一个集科学研究、科学普及、观光游览和边境贸易于一体，科学内涵丰富、口岸特色浓郁、城市景观优美、极具旅游价值的国家地质公园。公园内地质遗迹类型丰富多样，根据地质遗迹的分布和地域上的组合特点，将公园划分为二连盐池恐龙化石群遗迹景区、二连浩特口岸文化景区和宝德尔花岗岩石林景区。另外，在公园周边还规划了一系列地质遗迹科学考察点，地质公园规划总面积为243.2平方千米。
二连浩特地区目前共发现恐龙化石二十余种，2005年发现的世界最大的窃蛋龙类恐龙——二连巨盗龙，改变了国际科学界对于恐龙向鸟类演化的传统理论，成为中国古生物界对于鸟类起源研究领域的巨大贡献。2007年底，《时代》周刊将二连巨盗龙的发现评选为2007年度“十大科学发现”之一。