博物院主展馆的主体建筑以元代古观星台为原型，经艺术夸张演绎成“戴冠的金字塔”造型，其底部为长63米的正方形，高45.5米，内部设计五层，其中地下一层。冠部为方斗形，上扬下覆，取上承“甘露”、下纳“地气”之意，寓意中原为华夏之源，融汇四方。外部墙面为土黄褐色，取中原“黄土”“黄河”孕育了华夏文明之意。主馆正面从上至下有浅蓝色的透明窗与自上而下的透明采光带，具有“黄河之水天上来”的磅礴气势。主馆后为文物库房。整个建筑群设计以雄浑博大的“中原之气”为核心，线条简洁遒劲，造型新颖别致，风格独特，气势恢宏。
博物院的基本陈列为《河南古代文化之光》，展览分布在主展馆一、二层八个展室内。展示上至史前时代，下至明清的河南历史文物。展览由序厅、“文明曙光”（原始社会时期）、“三代辉煌”（夏商周时期）、“兼容并蓄”（两汉魏晋南北朝时期）、“盛世荣华”（隋唐时期）、“余光明媚”（宋金元时期）及观众参与部分组成，汇集出土的精美文物约2000件，按照历史发展的脉络，展示发生在的最突出的古代文化科技成就。
博物院对原有展览陈列进行升级改造，常设展《河南古代文化之光》升级为《中原古代文明之光》。四大主题陈列《中原楚系青铜艺术馆》、《河南古代玉器馆》、《明清珍宝馆》、《古代石刻艺术馆》也改进了展陈方式，调整了展品。
古代文明之光分为八个展厅，第一至四展厅位于展馆一层，分别是原始社会展厅、夏商展厅、西周展厅和东周展厅。第五至八展厅位于展馆二层，分别是两汉展厅、汉晋展厅、隋唐展厅和宋元展厅。
青铜艺术馆中的中原楚系青铜艺术馆以淅川县楚国贵族墓地出土的青铜器精品为展示主体。按照青铜器用途分类，集中表现中原楚系青铜艺术的精美绝伦。
王子午鼎的华美装饰和85字铭文，是研究楚国公卿的重要实物；云纹铜禁，作为中国迄今发现的用失蜡法铸造的年代最早的铸器，五层镂空透雕，二十四只龙形怪兽的攀缘伏撑，工艺之精湛，令人叹为观止。另有“王孙诰编钟”博大雄浑，青铜神兽诡丽奇巧，以及云纹方壶、克黄升鼎、卷云纹填漆鼎等一大批沉寂二千五百年的惊世之作，钟鸣鼎食，煌煌穆穆，都聚于这一方天地。
古代玉器馆，在中国古代，玉是通天地、祀鬼神的社稷重器；权势与地位物质表徵；追求不朽、保尸防腐的殓葬工具；洁身明志，标榜美好情操的人格象征。中原地区所出玉器，多属上古三代良工精琢之品。
明清珍宝馆，明清时期的工艺美术进入了辉煌的发展阶段，制瓷、织绣、象牙雕刻、漆器、珐琅器和金银制作等工艺，门类齐全[14]。
“泱泱华夏 择中建都”，以中原的建都历史为主线，以中原文明发展历史为纲，以世界文明背景为参照，展示华夏民族的文明发展轨迹，再现中原文化的悠久与辉煌，以及中原文化的影响力与辐射力。基本陈列位于主展馆1、2、3层，共分10个展厅，由新石器时代、夏商、西周、东周、秦汉魏晋南北朝、隋唐、宋金元七部分组成，遴选超过500件（套）馆藏文物，展出围绕各个历史时期中原都城文化以及都城中的人文生活进行解读。
出彩中原——河南红色文化陈列，陈列展览地点为博物院西配楼一楼展厅，分为三部分，第一部分为打破旧世界，第二部分为建设新家园，第三部分为走进新时代。
丹淅吉金——中原楚国青铜艺术陈列展览地点为博物院主展馆四楼13厅，分为五部分，第一部分为食器——自羊徂牛，鼐鼎及鼒，第二部分为酒器——为酒为醴，烝畀祖妣，第三部分为水器——盥帨于下，有盘有匜，第四部分为乐器——钟鼓锽锽，磬管锵锵，第五部分为兵器、车器、杂器——干戈戚扬，爰方启行。主要展出河南淅川县楚国贵族墓地出土的青铜器，按照青铜器用途分类，集中展现中原楚系青铜艺术的基本面貌。
中原古代石刻艺术陈列展览地点为博物院主展馆一楼西侧15厅，分为四部分，为汉代画像石刻，为陵墓石雕，为墓志，为佛教造像。系统介绍石刻艺术的4种表现形式，展现古代艺术家的高超技艺和审美意趣。
博物院有馆藏文物17万余件(套)，尤以史前文物、商周青铜器、历代陶瓷器、玉器及石刻最具特色。精品文物数量多、种类全、品位高、价值大，是见证中华文明发展轨迹，展示中国历史发展脉络的文化艺术宝库。多来自于二十世纪初商丘、洛阳、安阳、开封、淅川、三门峡、辉县、新郑等地的考古发掘，史前文物、商周青铜器、历代陶瓷器、玉器最具特色。其中国家一级文物与国家二级文物5000多件，历史文化艺术价值极高，一部分藏品被誉为国之重器。
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莲鹤方壶，春秋时期铸造，民国十二年新郑