走进博物馆，馆内基本陈列展厅分为“冬奥盛会”“夏奥记忆”“双奥之城”三部分，由1394件展品和大量精彩图片、视频画面组成。通过大型场景复原、多媒体沙盘和实物展出等多种陈列形式，全方位展现中国申办、筹办、举办2008年夏季奥运会和2022年冬季奥会的奋斗历程。

全新升级改造后的北京奥运博物馆还设置了特色展示区域，包括中国范本专题展、“双奥”冠军墙、专题互动展区，吸引了许多小朋友。

暑期旅游高峰，北京奥运博物馆也专门组织一些特色研学活动、临时艺术展、还有各类与奥运有关的特色活动。