博物館總建筑面積6991平方米,主體建筑5701平方米,是鑲嵌在山體中的地上地下各兩層的覆土式建筑,外露墻體呈斑駁的紅色,藍天、白云、綠草之間,博物館仿佛生長于大地之上,見證草原的悠悠歲月。博物館由展示區(qū)、文物庫區(qū)、設備控制區(qū)、檔案管理與研究區(qū)和多功能報告廳等各部分組成。其中展廳面積2440平方米,由前言區(qū),序廳和4個展示單元區(qū)及1個臨時展廳組成。
基本陳列展示以“走近元上都”主題思想貫穿其中,通過“打開塵封的記憶”,“尋覓往日的風采”,“領略科技文化的繁榮”和“今日的金蓮川草原”4個部分,展示了上都的興建、布局、宮殿建筑與輝煌,反映出游牧與農耕兩大文明的沖撞與融合及高度兼容并蓄的“二元”城市模式,從而見證了元朝所造就的國際多元文化兼容的盛況。