重庆中国三峡博物馆主体工程总用地面积为2.9316公顷，主体结构长157.3米，宽98.085米，地面以上总建筑高度为25.2米，共5层，博物馆占地面积3万平方米，建筑面积4.25万平方米，展厅面积23225平方米，为一类高层建筑，其中地下1层为文物库房、车库、设备用房，地上4层为展厅、报告厅、管理辅助用房。
陈列展览由4个基本陈列、6个专题陈列、1个360度全周电影、1个半景画陈列、1个观众实践中心和3个临时展览构成。陈列展览主要包括《壮丽三峡》、《远古巴渝》、《重庆·城市之路》、《抗战岁月》；专题陈列分别为《李初梨捐献文物》、《历代书画》、《历代瓷器》、《汉代雕塑艺术》、《西南民族民俗风情》、《历代钱币》。
4个基本陈列中，《壮丽三峡》，以丰富的文物资料展示大三峡的历史文化、人文精神。《远古巴渝》以石器时代、青铜时代的馆藏文物，集中展示重庆古老文明，追溯3000年文化的根源。《重庆：城市之路》，以大量文物资料，反映20世纪的100年中，重庆面临的若干机遇及发展，包括城市变迁、商业金融中心地位的形成、工业的崛起等。扫描对重庆起推动作用的人物、事件，展示重庆直辖后的风采。《抗战岁月》，以丰富文物资料，突出表现中国抗日战争和世界反法西斯的战争中，重庆这座城市和重庆人民为人类和平进步事业所作出的贡献与牺牲。 各具亮点的6个专题陈列中，《李初梨捐赠文物展》，荟萃已故著名收藏家、党的高级干部李初梨捐赠的各种文物，纪念这位革命老人无私奉献的精神，展示他高超的文物鉴赏能力。《历代名家书画展》，从南宋至民国的1万多件（其中国家一级文物170件左右）名家书画作品中精选100余件珍品展出。《历代瓷器展》，从8000件历代馆藏珍品中精选200多件展出。《汉代雕塑艺术展》，选择重庆地区独特的雕塑作品，包括著名的“说书俑”、“巴渝神鸟”、“乌阳汉阙”等约300件展品。《历代钱币展》集中了从远古的贝币到当代我国的人民币，展品达2000件以上。《西南民俗民情风俗展》，集中展示西南地区少数民族民俗生活及工艺美术品。
“大三峡环幕数码电影”——由中央电视台和中央新闻电影制片厂进行航空拍摄工作，并且后期制作。它以高科技电影手段反映库区蓄水前三峡的自然风光、人文风情，是对三峡工程前的三峡风貌的永久纪念。每天演出三场，放映时间分别是11：30、14：30和15：30 ，每次演出约22分钟。
“重庆大轰炸半景画陈列馆”——通过现代科技手段及雕塑、油画作品等综合形成，反映重庆大轰炸的历史事件，让观众“亲临”轰炸现场，感受大轰炸的惨烈，再现抗日战争时期重庆作为战时陪都遭到日机长达数年大轰炸的悲壮和惨烈，唤起人们对和平、生命的珍爱。这些展览方式，都是市民易懂，容易产生兴趣并最终承认接受的。细致到各类陈列展览的文字说明及解说词，在遣词造句及词汇应用上，专家都会充分照顾市民的用语习惯，确保市民能看懂、听懂。
三个临时展厅，将用于举办国际、国内的文化交流、展览活动，同时在重要纪念日、节日和重大庆典时安排的专题、主题展览。
馆内还将开设观众实践中心，使博物馆与参观者形成充分的互动。在这个观众实践中心内，重点为组织青少年参加趣味考古，直接参与到三峡考古的场景之中，进行模拟的勘探、发掘等考古活动。在书画鉴赏类互动中，让观众从参观者身份转换到鉴赏者身份，在书画专家的指导下研究、品味书画精品，研习书画装裱技能，提升自己的书画鉴赏水平。在历代陶器、瓷器的复制类互动中，参与者会在专业人员的指导下复制、仿制这些作品，并尝试文物的修复。所有的这些互动活动，都是让参观者在休闲娱乐中，取得相关技能和知识。 壮丽三峡展厅分为四个单元：造化三峡、山水之间、三峡风流、永远的三峡。 造化三峡 该单元讲述了经过几十亿年的海相沉积和陆相沉积，在“晋宁运动”、“印支运动”、“燕山运动”和“喜玛拉雅运动”等地质运动的作用下，造就的长江三峡地区奇特地貌景观和山川形胜。
主要内容包括：长江和三峡的形成及概述、三峡气候、三峡动植物等。
主要展品有：硅化木、金雕、疏花水柏枝、阴沉木、冶锌遗址等。 山水之间 该单元讲述了在与山水的撞击中，三峡人传承历史、创造文明，在特殊的自然环境下形成的独特的三峡文明。
主要内容包括：三峡民居、三峡纤夫等。
主要展品有：三峡传统民居建筑、木刻《石柱县向氏族谱叙考》、三峡主要运输工具等。 三峡风流 该单元讲述了长江三峡绚烂多彩的历史文化、神话传说和流传千古的瑰丽诗篇。
主要内容包括：三国故事、水文文化、道教文化、巫文化等。
主要展品有：偏将军印章、关羽铜像、刺绣《前出师表》、锁江铁柱、金腰带、明玉珍墓藏品、秦良玉“太子太保总镇关防”印、朐忍令景云神道碑、白鹤梁题刻、镏金棺饰铜牌、唐代龟卜。 永远的三峡 该单元讲述了宏伟的三峡水利枢纽工程和三峡移民精神，并兴建了中国第一座全周数字无缝环幕电影厅，以更好的保存和展现三峡大坝蓄水前的三峡原貌。
主要展品有：毛泽东《水调歌头·游泳》手迹、孙中山《民生主义》、《大三峡》数字环幕电影。
