- Giai đoạn 2000-2020:

Tầng 1 gồm 4 phòng: Phòng triển lãm chuyên đề; phòng long trọng; phòng trưng bày các giá trị di sản Công viên địa chất toàn cầu Cao nguyên đá Đồng Văn và phòng trải nghiệm

 Tầng 2: Trưng bày cố định, thường xuyên và đây là phần trưng bày chủ đạo của nhà bảo tàng. Nội dung gồm 4 phần:

- Phần 1: Điều kiện tự nhiên, con người Hà Giang 

+ Giới thiệu về địa lý, điều kiện tự nhiên thông qua sa bàn tỉnh Hà Giang và các mẫu quặng khoáng sản trên địa bàn tỉnh.

+ Trưng bày trang phục, văn hóa truyền thống của 14 dân tộc (có làng bản) định cư sinh sống lâu đời ở Hà Giang; trong đó trưng bày 04 tổ hợp dân tộc có số dân đông nhất trên địa bàn tỉnh: Văn hóa chợ của người Mông; Bếp lửa của người Tày; Nghề kim hoàn của người Dao; xay lúa của người Kinh.

- Phần 2:  Hà Giang thời tiền sử và sơ sử

 + Trưng bày sưu tập hiện vật công cụ đá của người tiền sử thuộc các thời đại đá cũ và đá mới có niên đại từ 30.000 đến 4.000 năm cách ngày nay.

+ Mô hình cuộc sống của người nguyên thủy trong trong hang động.

+ Ảnh, thông tin về phiến đá có hình khắc vẽ cổ ở xã Nấm Dẩn (Xín Mần)

+ Sưu tập trống đồng (12 chiếc), sưu tập đồ gốm sứ thời Trần -Lê, công cụ lao động và vũ khí bằng đồng.

+ Trưng bày những tư liệu lịch sử về Chùa Bình Lâm, Chùa Sùng Khánh (Vị Xuyên); sưu tập đồ gốm đặc trưng thời Trần - Lê, và sưu tập di vật đất nung là vật liệu kiến trúc và trang trí kiến trúc thời Trần đất khai quật tại chùa Nậm Dầu, huyện Vị Xuyên.

- Phần 3: Hà Giang trong thời kỳ chống giặc ngoại xâm 

+ Sưu tập vũ khí của phỉ.

+ Hà Giang trong 2 cuộc kháng chiến (chống Pháp, Mỹ)

+ Hình ảnh Bác Hồ thăm Hà Giang năm 1961;

+ Hình ảnh mở đường Hạnh Phúc (hHiang-Đồng Văn), năm 1959-1965

- Phần 4: Thành tựu trong xây dựng và bảo vệ tổ quốc của quân và dân Hà Giang từ năm 1975 đến nay

+ Các kỳ đại hội Đảng bộ tỉnh;

+ Lãnh đạo Đảng và Nhà nước thăm Hà Giang

- Giai đoạn 2021 đến nay: Triển khai Dự án cải tạo, nâng cấp Nhà trưng bày Bảo tàng tỉnh. Không gian trưng bày của Bảo tàng tỉnh dựa trên tiến trình lịch sử, thời gian, tổng số hiện vật trưng bày là 450, trong đó: 271 hiện vật thể khối, 11 tranh ký họa, 05 bản đồ, 114 ảnh tư liệu, sử dụng công nghệ âm thanh, ánh sáng, video clip minh họa, giới thiệu, màn hình tương tác, thiết bị hướng dẫn tự động, tiếp cận thông tin trực tuyến, phòng chiếu phim sử dụng công nghệ trình chiếu 3D Mappingvà nhiều tài liệu khoa học phụ khác phục vụ công tác trưng bày.

+ Tầng 1: Gồm khu vực khánh tiết và chủ đề Hà Giang những dấu mốc lịch sử;

+ Tầng 2: Gồm 03 chủ đề: Ba vùng sinh thái; văn hóa đa dạng và xây dựng cuộc sống mới.