现设陈列室3个。天王殿、经阁为"历史文物陈列",东配殿为"石刻艺术陈列",西殿为"佛教艺术陈列"。馆藏文物分铜器、陶瓷器、货币、雕刻、书画、古生物、杂顶8类,计6300件,另有资料4000多件。其中绝大部分出土于朝阳境内,仅有少量明清瓷器为民间征集品。
博物馆于1972年3月成立,隶属朝阳地区文化局。1984年10月随着朝阳地区政公署撤改置朝阳市而改今名,隶属于朝阳市文化局。
朝阳博物馆新馆位于朝阳市新华路南塔广场,2008年开始建设,2011年10月1日免费对外开放,总建筑面积达1万平方米。
1972年博物馆成立后,于6月份举办了临时的"朝阳地区出土文物展",这是朝阳地区首次举办的以出土文物为主反映朝阳历史的陈列。初建馆时办公地址在新华广场西南工会院内,1973年迁入省级文物保护单位佑顺寺内。1973年和1979年国庆节又两次举办出土文物展。1984年2-3月,与内蒙古乌兰察布盟文物工作站联合举办了"契丹女尸展"。1984年国庆节,"朝阳地方史陈列"正式对外开放。陈列面积355平方米,展线长73.4米。展出朝阳境内出土的原始社会到春秋时期的各类文物420件。1989年国庆节,新增设了"石刻艺术陈列",展出朝阳境内出土的十六国、北魏、隋、唐、辽各代墓志20方。同时将"朝阳地方史陈列"改为"历史文物陈列"下限延到元代。1991年又增设了"佛教艺术陈列",展出各类佛教造像30多尊及北票下府惠宁寺佛传故事壁画(摹本)370平方米
朝阳博物馆总建筑面积达一万平方米,是辽西地区建筑规模较大的博物馆,是历史上第一座以展示红山文化、三燕文化、大唐文化和辽文化为主题的综合性大型博物馆。博物馆展厅共9个单元,分别为远古足迹、文明曙光、古城方国、辽西设郡、鲜卑风云、北疆枢纽、京畿重镇、兴中鼎盛、凤鸣朝阳等。朝阳博物馆藏文物近万件,以商周青铜礼器、前燕、后燕和北燕时期的马具金铜饰品、大唐时期的“唐三彩”、大量的陶彩绘俑、辽代契丹民族文物和金、元、明、清瓷器和珍贵书画等各类文物为主。馆内文物详细全面地展现朝阳上自15万年前,下至明清时期的社会发展历史,全面揭示朝阳在中国五千年文明史上的重要地位和作用。