Bảo tàng Hùng Vương thiết kế không gian trưng bày gồm khu vực trưng bày ngoài trời và khu vực trưng bày trong nhà.

* Khu vực ngoài trời trưng bày các hiện vật có kích thước thể khối lớn, gồm có 04 hiện vật: 02 máy bay, 01 tàu chiến và 01 xe tăng.

* Khu vực trưng bày trong nhà: thiết kế không gian trưng bày gồm 03 tầng:

+ Tầng 01 là không gian tổ chức trưng bày chuyên đề phục vụ các ngày lễ với diện tích 1.524,5 m2.

+ Tầng 02 và tầng 03 bố trí trưng bày cố định (thường trực) với diện tích 4.100 m2. Nội dung trưng bày gồm 05 chủ đề phản ánh lịch sử dựng nước và giữ nước của nhân dân Phú Thọ.

- Chủ đề 01: Thiên nhiên, con người Phú Thọ: giới thiệu những nét đặc trưng nhất về địa lý, thiên nhiên, dân cư, đời sống kinh tế, văn hoá - xã hội của một số dân tộc tiêu biểu trên địa bàn tỉnh Phú Thọ: dân tộc Kinh, Mường, Cao Lan, Dao và H'Mông.

- Chủ đề 02: Phú Thọ thời kỳ Tiền - Sơ sử: giới thiệu về các nền văn hoá thuộc giai đoạn Tiền - Sơ sử trên địa bàn tỉnh Phú Thọ: văn hoá Sơn Vi, văn hoá Phùng Nguyên, văn hoá Gò Mun và văn hoá Đông Sơn.

- Chủ đề 03: Phú Thọ thời kỳ Bắc thuộc và phong kiến tự chủ: giới thiệu các sưu tập hiện vật minh chứng cho truyền thống văn hoá rực rỡ, truyền thống đấu tranh giữ nước của nhân dân Phú Thọ trong suốt chặng đường lịch sử từ 1000 năm Bắc thuộc cho đến các triều đại phong kiến Việt Nam trogn quá trình xây dựng quốc gia phong kiến độc lập tự chủ.

- Chủ đề 04: Phú Thọ trong sự nghiệp đấu tranh chống giặc ngoại xâm từ năm 1883-1975: là một chủ đề xuyên suốt 2 cuộc kháng chiến trường kỳ gian khổ chống thực dân Pháp và đế quốc Mỹ của nhân dân Phú Thọ. Nội dung trưng bày đã tái hiện được phần nào những hy sinh mất mát và ý chí đấu tranh kiên cường của nhân dân Phú Thọ trong 2 cuộc chiến tranh vệ quốc vĩ đại.

- Chủ đề 05: Phú Thọ thời kỳ xây dựng và bảo vệ tổ quốc từ năm 1975 - nay: giới thiệu thành tựu của Đảng bộ, chính quyền và nhân dân tỉnh Phú Thọ trong công cuộc xây dựng tổ quốc, đổi mới và hội nhập quốc tế.

* Ngoài 05 chủ đề chính phần trưng bày thường trực, bảo tàng còn trưng bày hiện vật do các tỉnh, thành hiến tặng nhân dịp khánh thành Bảo tàng Hùng Vương 04/2010: sưu tập gốm Chu Đậu (Hải Dương), sưu tập hiện vật văn hoá dân tộc Tày (Thái Nguyên),...