博物馆位于南山文化公园文昌塔东侧，南环路北侧30米处。占地面积100亩，建筑总面积5370平方米。主馆坐北向南居于中央位置，次馆偎其东，库馆列其北，三座建筑相连呈“S”型，碑廊环于建筑群西南。墨玉栏杆回环相通，使整个景区典雅别致，浑然一体。
主馆坐北朝南，外观三层，高17.8米，长59米，次馆二层，高11.8米，长38米，全部为中央平顶，一字女墙合围起脊，四边出檐统一为3.9米，建筑样式仿汉唐宫阙风格，三层重檐庑殿顶建筑。馆内空间宽敞，分三个展区。一层西区为李林烈士纪念馆，收藏有李林烈士生前所用实物以及部分相关资料，系统介绍了民族抗日女英雄李林生平事迹和为国捐躯的经过。展厅采用现代声、光、电和音像动画技术，结合实物展览，全面展示了革命老区在抗日战争和解放战争中走过的历程。大量革命文物和文献资料的展出，立体地翻开了平鲁革命革命斗争史画卷。二层东区为“边塞春秋”展区，该展区面积大，陈列文物多，是游人走近平鲁、认识平鲁、了解平鲁的一条穿越时空的隧道。
环于主馆西南的碑廊随山坡走势修建，总长达170米。主馆正南的碑廊呈东西横向，长为86米，主馆西侧的碑廊呈南北纵向，长为84米，全段共置有4个四角亭。碑廊一侧有碑墙，一侧为汉白玉栏杆，中间为甬道，碑墙上陈列大量古碑等石刻文物。碑廊与主馆之间建有汉阙一座。整座博物馆布局巧妙、错落有致，18处花池点缀其间。远眺博物馆青瓦白墙掩映绿树丛间，古色古香的建筑风格令人耳目一新，为南山文化公园一道靓丽的景观。
馆藏文物分旧石器时期、新石器时期、春秋战国和汉唐以来各个历史时期有代表性的出土文物。其中鸵鸟蛋化石光洁诱人，证明史前的平鲁曾是气候温润、水草丰茂、森林蔽日的绿洲，在喜马拉雅构造的新生代逐渐发生变形。化石对研究古地理演变和地质时期各类动物的演化有重要意义。石器时期的石刀、石斧、石杵等印证了先民和朔州“峙峪人”为同时期人类，展示了人类文明的曙光早在28000年前就已呈现在这片苍莽大地。在马鞍山、高家沟、白堂一带出土的镯、环陶饰品，篮纹陶罐等则包含了更多的文化信息，证明早在仰韵时期的平鲁人，和黄河流域活动生存的其它先民一样，由逐猎、农耕、手工业不同发展阶段，逐渐进入文明社会。战国时期的尖底釜、布币、绳纹陶鼎等说明历史上游牧民族曾在此生活繁衍的史实。汉代铜镜“鉴日之光，天下大明”图案逼真，反映了当时社会生产力水平已提高到一个崭新阶段。屯军沟出土大量唐代金铤、金箔等，考证为赡军资费。历史分析当时的平鲁就是汉民族政权北抗突厥的边塞军事要地。宋代钱币、辽金冥器、陶棺证实汉民族和北方少数民族在这片土地生活、融合的历史。元代、明代和清朝时期的兵器、军锅、瓷器等展品，长城、关隘、堡寨、马市、隆庆议和等缩微图展，突现了平鲁边塞军事文化积淀的深厚历史渊源。现代晋商、煤海新貌和民俗文化展览，集优秀传统文化精粹和现代科技文明，异彩纷呈，多层次、全方位地彰显了地域特色。