Στις 10 μεγάλες αίθουσες που έχουν συνολική επιφάνεια περίπου 1850 τ.μ. παρουσιάζεται με ανάγλυφο τρόπο η ναυτική πορεία του ελληνισμού μέσα στους αιώνες. Στην πρώτη στεγάζεται η Ναυτική Πινακοθήκη, με έργα των σημαντικότερων θαλασσογράφων του 19ου και 20ου αιώνα (Προσαλέντη-Βολανάκη-Χατζή κ.ά.). Στη συνέχεια παρουσιάζεται η ναυτική δραστηριότητα των Ελλήνων στην προϊστορία, στην αρχαιότητα, στη βυζαντινή και μεταβυζαντινή περίοδο ως το τέλος του 18ου αιώνα, στους Βαλκανικούς Πολέμους και από τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο έως τις μέρες μας. Παράλληλα, δίνεται έμφαση στη μετάβαση από την ιστιοφόρο ναυτιλία στην ατμοπλοΐα. Οι τελευταίες εκθεσιακές ενότητες αφορούν την ιστορία και εξέλιξη του εμπορικού ναυτικού. Στο Ναυτικό Μουσείο της Ελλάδος υπάρχει επίσης μία μεγάλη συλλογή χαρτών του Ελληνικού αλλά και του παγκόσμιου χώρου από τον 16ο έως τον 19ο αιώνα. Εδώ λειτουργεί και η μοναδική ναυτική βιβλιοθήκη με περισσότερους από 10.000 τόμους βιβλίων και περιοδικών, οργανωμένη με το σύστημα Dewey. Η βιβλιοθήκη είναι ανοικτή στο κοινό. Δέχεται και εξυπηρετεί πάνω από 2.000 ερευνητές και μαθητές το χρόνο. Το Ναυτικό Μουσείο της Ελλάδος είναι μέλος της Διεθνούς Ένωσης Ναυτικών Μουσείων (ICMM), και συμμετέχει ενεργά σε εθνικά και παγκόσμια συνέδρια καθώς και σε εθνικές και διεθνείς εκθέσεις δανείζοντας υλικό του.