พิพิธภัณฑ์ทหารเรือ เป็นพิพิธภัณฑ์สถานแบบพิเศษ ทำหน้าที่ รวบรวม อนุรักษ์ วัตถุพิพิธภัณฑ์อันทรงคุณค่าทางประวัติศาสตร์ โบราณสถาน และโบราณคดีที่เกี่ยวกับกิจการทหารเรือ ภายในพิพิธภัณฑ์ เป็นที่รวบรวมข้อมูลทางประวัติศาสตร์ เกี่ยวกับ วัตถุพิพิธภัณฑ์สมัยโบราณของกองทัพเรือไทย ยุทธนาวีการรบครั้งสำคัญ ๆ ตลอดจนอาวุธยุทโธปกรณ์ต่าง ๆ ที่เคยใช้ในการรบเป็นจำนวนมาก นอกจากนี้ ยังมีเรือจำลองสมัยต่าง ๆ เช่น เรือที่ใช้ในพระราชพิธีกระบวนเรือพยุหยาตราชลมารค ในสมัยรัชกาลที่ 5 เรือหลวงพระร่วง เรือเหรา และเรือหลวงมัจฉาณุ

การจัดแสดงวัตถุพิพิธภัณฑ์ทหารเรือ แบ่งเป็น การจัดแสดงกลางแจ้ง อาคาร 1 และอาคาร 2 ดังนี้

การจัดแสดงกลางแจ้ง

จัดแสดง อาวุธยุทโธปกรณ์ ขนาดใหญ่ จัดตั้งบนพื้นที่กลางแจ้งบริเวณสนามหญ้าด้านหน้า

ของตัวอาคารและบริเวณโดยรอบ เช่น

• เรือดำน้ำ                                                
• เรือ PBR
• เครื่องบิน HU-16B                                      
• ปืนใหญ่โบราณ
• รถสะเทินน้ำสะเทินบก (LVT MK4)                    
• ปืนล้อสนาม
• รถหุ้มเกราะ V-15                                       
• ขนาด 76/40 มม.
• ปืนเรือ ขนาด 75/51 มม.

การจัดแสดงอาคาร 1
เป็นอาคาร 2 ชั้น สร้างขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2515 มีพื้นที่จัดแสดงดังนี้

อาคาร 1 ชั้น 1 จัดแสดง

• ห้องเทิดพระเกียรติ พลเรือเอก พระเจ้าบรมวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอาภากรเกียรติวงศ์ กรมหลวงชุมพรเขตอุดมศักดิ์
• ห้องเทิดพระเกียรติ สมเด็จพระเจ้าตากสินมหาราช
• ห้องสรรพาวุธ
  
  

อาคาร 1 ชั้น 2 จัดแสดง

• ห้องเทิดพระเกียรติ จอมพลเรือ สมเด็จพระมหิตลาธิเบศรอดุลยเดชวิกรม พระบรมราชชนก
• ห้องเทิดพระเกียรติ จอมพลเรือ สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าบริพัตรสุขุมพันธุ์ กรมพระนครสวรรค์วรพินิต
• ห้องเครื่องลายคราม
• ห้องเครื่องแบบทหารเรือ
• ห้องธงราชนาวีและธงที่ใช้ในกองทัพเรือ
• ห้องอดีตผู้บัญชาการทหารเรือ
  
  

การจัดแสดงอาคาร 2

เป็นอาคาร 3 ชั้น สร้างขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2530 มีพื้นที่จัดแสดงดังนี้

อาคาร 2 ชั้น 1 จัดแสดง

• ประภาคารแห่งแรกของประเทศไทย
• ตอร์ปิโด
• ปืนเที่ยง                                       
• ทุ่นระเบิด
• เรือโบราณ

อาคาร 2 ชั้น 2 จัดแสดง

• เรือพระราชพิธี
• การจัดกระบวนเรือพระราชพิธี
• เรือสำคัญ (เรือพระที่นั่งสุพรรณหงส์ เรือพระที่นั่งอนันตนาคราช เรือพระที่นั่งอเนกชาติภุชงค์ เรือพระที่นั่งนารายณ์ทรงสุบรรณ)
• เรือรบสมัยกรุงรัตนโกสินทร์ตอนต้น
• ครุฑหัวเรือ
• เครื่องมือเดินเรือและอุปกรณ์ใช้งานของชาวเรือ
• การจัดแสดงจำลองห้องรับประทานอาหาร และ ห้องนอนบนเรือพระที่นั่งมหาจักรี

อาคาร 2 ชั้น 3 (นิทรรศการพิเศษ) จัดแสดงเหตุการณ์การสู้รบและการทำสงครามของทหารเรือที่สำคัญในช่วงเวลาต่าง ๆ เช่น

• ยุทธนาวีที่เกาะช้าง
• การรบที่ปากแม่น้ำเจ้าพระยา ร.ศ.112
• สงครามมหาเอเชียบูรพา
• สงครามเกาหลี
• ยุทธการบ้านชำราก จังหวัดตราด
• วีรกรรมที่ดอนน้อย จังหวัดหนองคาย