大连现代博物馆建筑面积30,400平方米，展陈面积15,000平方米。外型为方正的围廊列柱式现代欧式结构，东西两侧纯白套黑，顶部是弧型玻璃拱顶，整幢建筑五层，地下一层，地上四层。
作为大连开启21世纪的标志性文化设施，大连现代博物馆以史诗般的恢宏气度、博大精深的陈列内容，将大连一个世纪的风云变幻、特别是进入改革开放20多年来的巨大变化尽收眼底。这里，大连城市建设的成功经验一览无余；这里，成为研究大连近代社会发展史的学术园地；这里，敞开一扇让世界了解大连、认知大连的窗口；这里，是公众接受教育的一个知识殿堂；这里，为人们提供一个文化休闲的精神家园。大连现代博物馆，既有历史的纵深感，又有现实的横断面，是一部浓缩的大连地方史，一部形象的百科全书。展览由22个分馆组成，共分四大主题，第一大主题为《城市风貌》。由北方明珠、滨城建筑、老大连、友好往来、我们的交通、女骑警、花园城市、我们的住房8个分馆组成，从不同侧面勾勒出年轻大连的绰约风姿，展现她对世界敞开的胸怀及城市建设和居住环境所发生的历史性变化。第二大主题为《腾飞的经济》。从农业、工业、商业、科技信息、经济先导区各个方面全方位展示了大连的经济发展轨迹和综合经济实力。第三大主题为《浪漫之都》，主要展现大连市文化、教育、体育、卫生、精神文明建设、旅游等情况，以描绘大连“服装城”、“足球城”、“田径之乡”的迷人的人文景观和浪漫的精神特质。第四大主题为《回顾与展望》。世纪回眸如一本教科书，再现了大连一个世纪的风雨沧桑，历经的屈辱与抗争、艰辛与辉煌；同时以未来大连为题，憧憬着大连高度开放、高度繁荣、高度文明的现代化国际名城的明天。四大主题交相辉映，立体地凸现了大连昂扬向上的勃勃生机，深刻地挖掘了大连飞速发展的丰富底蕴。
大连现代博物馆陈列内容比较丰富，汇集了大连百年来政治、经济、文化、体育、科技、教育等诸多领域的优秀成果。全馆收集展品8000多件，馆内共展出3000余件实物，1860余幅图片，61个模型，43件雕塑。有世界最大的黄河澄泥砚；也有产量占全国54%品质上乘的瓦房店金刚石；有20世纪初美国汽车制造业的汽车代表产品老别克车；也有原存于寺儿沟红房子天德寺内的铁钟；1955年毛泽东为苏军烈士塔敬献的挽联，透过历史的烟云，肃穆之气依然令人心动；地球不能再生的，世界极其罕见的，中国独一无二的，6亿年前震旦纪沉积岩标本龟裂石、玫瑰石、金石落户于金石滩分馆；改革开放后海内外宾朋送给大连人民的692件礼品件件精彩，其中印度总统纳拉亚南访问大连时赠送的金丝珠宝挂毯，上嵌有各种名贵宝石365颗，做工精良细致。
大连现代博物馆追求现代的设计理念，前卫的设计风格，从色彩运用到材质选择，从灯光效果到音响配合，处处体现现代。大色块平面几何构图，衬托不同的主题内容，使展区弥漫着现代的气息：灯光作为现代博物馆展区的灵魂在布展中匠心巧运：蓝色灯光基调暗合着大连的浪漫气质，将22个展馆统摄于整体风格之中；而不同色调的局部照明从展品的特性出发，将展品的特点衬托得十分突出。
大连现代博物馆还特别注重现代高科技成果在展陈中的运用，现代的声、光、电手段从海底、陆地、天空多角度地再现了大连的过去、现在和未来，使展陈更直观、更立体。大量采用影视技术、虚拟现实、多媒体触摸屏等高科技展示手段，调动了观众参观的兴趣和热情。黄海大道馆12米宽2米35高超宽屏幕带来的强视觉震撼力堪称全国博物馆之最。一些高科技项目也令人耳目一新，如用光学原理将影视信号折射到空间一定位置上的幻影成像，将名模佳丽的倩影融于美丽的滨城夜景，亦真亦幻中尽显服装城的魅力。
大连现代博物馆强调融知识性、趣味性参与性为一体现代展陈理念，使观众的参观旅程轻松愉快，乐趣无穷。您可以拿来鸡蛋21天后变成小鸡；您可以乘汽车模拟驾驶器饱览大连市容；场面宏大场景真实的模拟驾驶舱使您感受海上之旅的强烈刺激；互动式实施合成表演系统令您体会空中飞毯的美妙意境。2米半的大螃蟹向你张牙舞爪；书法机器人为您题字留念。
新型的材质运用使大连现代博物馆的展陈在全国博物馆系统中独树一帜。在陈列中遵循了高设计、高水平、高质量、低材质，选用了市面上最常见的玻璃、白钢等材料，在主创人员的构思设计下，玻璃钢琴、玻璃联柜、镀彩玻璃托台、玻璃休闲椅，这些奇妙的组合让人在现代的理念中感受到陈列艺术的绚丽多姿。