Bảo tàng có tổng diện tích trưng bày trên 3.000m² với hơn 2.500 hiện vật, tư liệu tiêu biểu được bố trí bên trong 3 tầng và ngoài trời, phản ánh chân thực lịch sử, văn hóa, con người và thiên nhiên Quảng Bình trong quá trình hình thành và phát triển. Trong đó, điển hình là sưu tập hiện vật về đa dạng sinh học và tài nguyên thiên nhiên tỉnh; Văn hóa người Việt; Văn hóa dân tộc thiểu số thuộc hai nhóm chính là Bru - Vân Kiều và Chứt; Văn hóa Chăm Pa; Sưu tập gốm sứ thời kỳ Lý, Trần, Lê và dòng gốm Chu Đậu; Đồ sứ ký kiểu thời Nguyễn; Hiện vật chứng tích chiến tranh thời kỳ chống thực dân Pháp và đế quốc Mỹ; Hiện vật về Đường Trường Sơn huyền thoại trên đất Quảng Bình;…