国立海洋生物博物馆共分台湾水域馆、珊瑚王国馆及世界水域馆三个展示馆，以及特展区定期举办特展。入口迎宾广场上设有两座亲水广场，提供游客嬉戏及休憩之用。
“珊瑚王国馆”的特色是活体珊瑚展示及海底隧道。海底隧道长约81米，是目前（2005年）亚洲最长的海底隧道。
“台湾水域馆”的特色是大洋池，其压克力观景窗有16.5米宽、4.85米高，池边玻璃厚度约有33厘米厚，其内豢养三尾鲸鲨。
“世界水域馆”在2006年4月28日完工开放，包括四大展区：古代海洋、海藻森林、深海水域、极地水域。除海藻森林以传统之水族缸展示外，首创电子生态缸展示，以虚拟实境手法呈现古代海洋、深海、极地等生态环境。
