二里头夏都遗址博物馆位于偃师区斟鄩大道1号 ，占地面积246亩，建筑面积3.2万平方米。包括公共区域、业务区域、行政区域及早期中国研究中心四个部分。是全国大遗址保护、展示和利用示范区，我国早期国家形成和发展研究展示中心，夏商周断代工程和华夏文明探源工程研究与展示基地。
二里头夏都遗址博物馆共有5个基本展厅，系统展示了夏代历史、二里头遗址考古成果、夏文化探索历程、夏商周断代工程和中华文明探源工程的研究成果，博物馆内共有馆藏文物2089件，主要为青铜器、陶器、玉器、绿松石器、骨角牙器等。据2022年国家文物局信息显示，现有藏品 1563件/套，
二里头遗址为夏王朝中晚期都城，在学界享有“最早的国都”之称。
博物馆共设置五个基本陈列展厅。基本陈列展厅包括“第一王朝”“赫赫夏都”和“世纪探索”三部分，系统展示了夏代历史、二里头遗址考古成果、夏文化探索历程、夏商周断代工程和文明探源工程的研究成果。
“第一王朝”位于第一展厅，为二里头夏都遗址博物馆基本陈列的第一部分，分别由“茫茫禹迹，九州攸同”、“赐土命氏，祚以天下”和“夷夏东西，夏道兴衰”三个单元组成。这一展厅选取了王城岗遗址、禹会村遗址、肖家屋脊遗址、新砦遗址、灰嘴遗址、王湾遗址、瓦店遗址、偃师商城遗址和二里头遗址等一系列与探索夏文化密切相关的遗址，并节选《史记》《竹书纪年》等历史文献，使地下文物和地上文献相结合，较为科学、系统地揭示了夏王朝的发展脉络及历史意义，强调了夏王朝在我国历史上的地位。
“赫赫夏都”由第二、三、四展厅共同组成，为二里头夏都遗址博物馆基本陈列的第二部分。
“国之大事”由第二展厅采用正副两条展线的方式展示，正线围绕着二里头文化时期祭祀与战争这两件大事，集中展现了夏代的祭祀文化、酒文化、乐文化、鼎文化、玉文化、墓葬制度和兵器制度，陈列上则使用了二里头遗址历年出土的青铜、玉、绿松石、陶、石等精品器物。副线则以考古大事记的方式，展现了二里头遗址科学发掘60年来的主要成就。
“建中立极”为第三展厅第一部分，主要以二里头文化的自然动植物遗存、城市遗迹和手工业为主体，全面展示夏王朝晚期都城的环境、地理、城市布局、国家结构与生产风貌。
“回望大都”为第三展厅第二部分，以城市考古和聚落考古为知识背景，充分运用多媒体数字技术，使观众对二里头遗址及其时代背景有一个全面而深刻的认知。
“厥土生民”为第四展厅第一部分，该单元从二里头遗址出土的骨角牙蚌陶器出发，结合围绕二里头遗址的各等级聚落遗存，较为全面的展现了夏代都城地区人民生产生活的图景。
“巍巍华夏”为第四展厅第二部分，“巍巍华夏”单元讲述了以二里头遗址为代表的二里头文化在极短时间内吸收了各区域的文明元素，以中原文化为依托，首次突破了地理单元的制约。
“世纪探索”位于第五展厅，为二里头夏都遗址博物馆基本陈列的第三部分，由两个单元“学术殿堂”和“断代探源”组成。该厅采用雕像、多媒体、采访视频播放、图文介绍等多种形式，主要介绍了夏文化探索历程中六位先驱顾颉刚、徐旭生、赵芝荃、夏鼐、安金槐、邹衡的简要生平及其关于夏文化的重要学术观点。同时，以夏商周断代工程和文明探源工程两大国家学术工程为主线，向观众详细讲述了两大工程的成果及其中有关夏文化研究的内容。
数字馆位于博物馆二楼，主题为“‘最早华夏’探寻之旅”。内设“最早华夏”“赫赫夏都”“敬天法地”“王室巧作”“探秘未知”五大篇章，全面复原展示了以二里头遗址为核心的二里头文化整体面貌。
二里头夏都遗址博物馆外观设计以“华夏之源”为基本理念，包含了“钥匙”“盘龙”“绿松石龙”“铜爵”“玉璋”等二里头元素。从上面看，博物馆的屋顶平面暗含了一把“钥匙”形象，寓意二里头遗址是探寻华夏文明起源的重要物证，象征着二里头文明是打开中华文明的一把钥匙。博物馆整体形象就像一条盘旋的龙，最高处的中央大厅隐喻了方形的龙头。把盘龙作为博物馆形体的概念解读，准确地表达了二里头在早期中国研究中的独特地位。在博物馆的入口区域，设计有绿松石龙纹饰，使游客在走进博物馆之前就能充分感受浓郁的二里头文化氛围。设计方案将博物馆纳入遗址的整体环境之中进行考量，以谦逊的姿态北望遗址核心区，同时又充分考虑了洪水灾害对基地所在区域的威胁，把博物馆和文物安全放在首位，将首层抬高至历史最高水位之上，远看为台地建筑，象征着二里头承载的历史遗迹的文化意义。