Trong giai đoạn mở cửa đầu tiên, bảo tàng sẽ trưng bày sáu chủ đề chính, phản ánh tiến trình lịch sử từ thời kỳ dựng nước và giữ nước đến thời kỳ xây dựng và bảo vệ đất nước từ năm 1976 đến nay.
Bảo tàng sẽ áp dụng nhiều công nghệ hiện đại trong trưng bày, bao gồm 3D mapping và phim 3D.
Hiện tại, bảo tàng lưu giữ và trưng bày hơn 150.000 hiện vật, trong đó có bốn bảo vật quốc gia, như hai máy bay MIG-21, xe tăng T54B và bản đồ quyết tâm chiến đấu trong Chiến dịch Hồ Chí Minh.
Các hiện vật quan trọng như máy bay, xe tăng và nhiều loại khí tài khác sẽ được trưng bày ở hai khu vực quảng trường với tổng diện tích hơn 20.000m².
Bảo tàng còn triển khai phần mềm thuyết minh tự động, giúp khách tham quan có thể tự tìm hiểu thông tin về tài liệu và hiện vật mà không cần hướng dẫn viên.
Phía bên trái bảo tàng sẽ trưng bày các vũ khí, trang bị của quân đội và nhân dân Việt Nam trong các cuộc kháng chiến chống Pháp, chống Mỹ, cùng những trang bị hiện đại phục vụ cho công tác huấn luyện và sẵn sàng chiến đấu.
Ngược lại, phía bên phải sẽ là các loại vũ khí mà quân đội thu giữ được từ thực dân Pháp và đế quốc Mỹ.
Công trình Bảo tàng Lịch sử quân sự Việt Nam được xây dựng trên diện tích 38,66ha, với tòa nhà chính gồm bốn tầng nổi và một tầng trệt.
Tổng diện tích sàn lên đến 64.640m², trong đó diện tích trưng bày trong nhà là 17.750m², còn lại là diện tích ngoài trời.