國立海洋生物博物館共分台灣水域館、珊瑚王國館、世界水域館及鯨典館四個展示館，以及特展區定期舉辦特展。入口迎賓廣場上設有兩座親水廣場，提供遊客嬉戲及休憩之用。
國立海洋生物博物館繼「台灣水域館」、「珊瑚王國館」開幕之後，結合水族館及全數位影像化的方式，介紹涵蓋全球水域、古海洋的「世界水域館」，透過先端科技的整合展示古代海洋、海藻森林、深海水域、極地水域等四大主題。使來訪的人們在虛擬和實體結合的情境營造中，達到寓教於樂的參觀體驗。
