該館以香港自然歷史和人文歷史為基本陳列，重點展示了香港6000年的發展歷程。陳列分三部分：介紹香港的自然環境；以出土文物、古代石刻及古窯址等實物反映了香港地區的人類活動，展示了香港從一個小漁村發展為大都市的過程。其中有「香港故事」展覽，佔地7000平方公尺，透過先進設施、互動節目的形式介紹香港地歷史發展。
館內藏品45000餘件，分為考古、本地史，民俗史及自然歷史四大類。考古類藏品中，有著名的麥兆漢神父藏品及芬戴禮神父藏品，本地史藏品中以歷史圖片為主，最早的圖片為19世紀60年代所攝；民俗史藏品方面，有中國傳統的漁船模型、捕魚裝備、傳統農具及日用器具；自然史藏品主要是世界各地的岩石和礦物，以及香港常見的蝴蝶及軟體動物貝殼。
香港博物館還經常舉辦專題講座，介紹本地的考古、民俗和自然歷史，以提高觀眾在這方面的知識和欣賞品位。