博物馆共分为四层，通过「金陵帝王州」、「千古风流」、「六朝风采」、「六朝人杰」四个陈列展呈现六朝都城的面貌及历史文化成就，共展出文物约1200件，其中大部分来自南京市博物馆的考古出土文物。
金陵帝王州
展览分为城市篇和生活篇。城市篇主要展现六朝建康城的建筑规模、宫殿、城市道路和排水系统等；生活篇则使用大量文物，还原六朝时期人们的衣食住行。其中包括当时流行的「复古拖鞋」——六朝木屐，居家使用的席镇和陶榻，「环保交通工具」陶牛车，以及史料文献中记载的「六朝食谱」。
木屐
陶牛车及俑群
千古风流
一层展示的文物包括六朝的历代疆域图、历代皇帝的年号及在位时间等图文展板。10米长的大屏幕上还会循环播放时长15分钟的微电影《东方大都会》，带观众「梦回六朝」。
六朝风采
位于二层的「六朝风采」展厅内，展出了六朝时期的陶俑、青瓷、墓志、瓦当、石刻等大批珍贵文物。六朝博物馆的镇馆之宝「釉下彩羽人纹盘口壶」和「青瓷莲花尊」也在该层展出。
青瓷羊形插器
青瓷莲花尊
在二层的观众休憩区四周挂有书法作品《兰亭序》，摆放的长方形矮座椅则是根据东晋墓葬内出土的陶榻设计制作。座椅上设有耳机插孔，插入耳机可以欣赏到《高山流水》、《广陵散》等六朝琴乐。
六朝人杰
位于三层的「六朝人杰」展厅内，展出了六朝时期的重要人物，从政治、经济、军事、文化等不同层面表现他们的杰出贡献，表现六朝丰富多彩、灿烂辉煌的历史与文化。
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