内蒙古博物院常设十个主题展厅，其中一个是经常变更的时事性主题展厅，其他九个都是固定主题展厅。展厅主要分布在二、三、四层，恐龙展厅在一层也占据了部分空间。九个固定主题展厅分别是：
1、远古世界：主要展示恐龙等史前生物和地质生态。
2、高原世界：主要展示内蒙古西部区的高原地形地貌和物产。
3、飞天神舟：主要展示东风航天城和中国的神舟飞船系列成果和历史。
4、天骄蒙古：主要展示蒙古族的渊源文化历史和生活百态。
5、北疆桦歌：主要展示内蒙古东部区风土人情和天然生态。
6、地下宝藏：主要展示内蒙古丰富的地下矿藏资源。
7、大辽契丹：主要展示辽代历史文化。
8、边关岁月：主要展示春秋战国至南北朝时期的内蒙古历史文化。
9、文明曙光：主要展示大窑文化和红山文化等人类早期文明痕迹。
