中国电影博物馆设有20个展厅，介绍中国电影百年发展历程以及电影科技博览。另有临时展厅、报告厅和多功能厅。馆内还设有巨幕电影厅、数字电影厅及三个35毫米电影放映厅。
中国电影博物馆的建筑外观不仅气势宏伟，而且充满了独特的艺术特色。在主体建筑的前方，巨大的银幕与广场上一道断续的斜墙构成了形如咔打板的平面组合。建筑采用黑色作为基础色，并使用镂空图案的金属板作为外层装饰，为这座光影的殿堂蒙上了神秘的面纱。在统一、中性的黑色背景上，四个立面根据建筑的内部公共空间的位置分别开辟一片大型彩色玻璃面。红、绿、蓝、黄分别代表的展览、博览、影院、综合服务四个功能区域流露出多彩的个性。
