陕西历史博物馆共分为三个展厅，第一展馆、第二展馆和第三展馆。
展示内容大致分别为：
1、第一展馆：第一单元《人猿揖别》，主要展示距今115万年前的先民遗存，第二单元《凤鸣岐山》，主要展示西周王都的丰富遗迹，第三单元《东方帝国》，主要展示秦帝国以兵马俑为代表的文物。
2、第二展馆：第四单元《大汉雄风》，主要展示汉都长安、汉家陵阙和典型汉代文物，第五单元《冲突融合》，主要展示陕西民族大融合、佛教东渐丰富的文化遗存及宗教文物。
3、第三展馆：第六单元《盛唐气象》，主要展示中国古代鼎盛时期隋唐时代典型遗存，第七单元《告别帝都》，主要展示唐以后作为西北区域中心的陕西。
