Theo đó, tầng 1 sẽ trưng bày mô hình Cột chạm hình rồng thời Lý, các hiện vật thời Lý-Trần-Lê, ảnh, tư liệu khoa học về nội dung Thăng Long thời Đại Việt và việc phát hiện cổ vật khu vực Hoàng Thành Thăng Long.

Tại khu vực khánh tiết được bố trí hai màn chiếu lớn, chiếu các đoạn phim 3D về thiết kế ý tưởng trưng bày tổng thể và quá trình triển khai xây dựng công trình Bảo tàng Hà Nội, hai màn hình máy tính giới thiệu phương án kiến trúc công trình do Liên danh tư vấn GMP-ILAG (Đức) lập và nội dung hồ sơ thiết kế trưng bày tổng thể Bảo tàng Hà Nội do Công ty Story Inc. (New Zealand) thực hiện.

Tầng 2 là khu trưng bày Tự nhiên và khu trưng bày Tiền Thăng Long, trong đó, trống đồng Cổ Loa và hình ảnh về 3 vòng thành Cổ Loa thời An Dương Vương là những điểm nhấn.

Bảo tàng Hà Nội có tổng diện tích 53.963m2, gồm 4 tầng nổi và 2 tầng hầm, có kết cấu hình kim tự tháp ngược, trong đó tầng 4 có diện tích lớn nhất, các tầng dưới nhỏ dần. Đây là công trình được gắn biển Công trình kỷ niệm 1000 năm Thăng Long-Hà Nội trong tháng 9/2010

Dạ Miên