哈密博物馆现有展厅面积800余平方米,分为历史馆和民俗馆。一层为《哈密自然与地质陈列厅》,展陈面积450平方米,展陈工作由中科院古脊椎动物研究所帮助设计制作,展出大型古脊椎动物的复原、鸟类化石、鱼类化石共100余件,各类图版文字90余幅。受众主要针对中小学生。二层为《哈密古代文明展》展厅面积940平方米,采用大通史并结合小专题的方式来呈现哈密悠久的古代文明,展厅共展出文物800余件。