南山博物馆馆内共设有展厅7个，其中常设展厅3个，通过“南山故事”展览，全面展示南山从深港历史文化之根到改革开放先锋，并发展成为粤港澳大湾区中创新型现代化海滨城区的光辉历程；临时展厅4个，最大的展厅约为1900平方米，每年开展专题临展6-10个。

南山博物馆藏品数量共计8000余件/套，其中，二级文物20件，三级文物260件。主要包括南山区域考古发掘出土的文物、先秦至汉代古越族青铜器、明清海防文物、海上丝绸之路相关文物、广府民俗文物、南山改革开放文物，以及深圳海关移交的罚没文物等。

馆内展出“榷陶清晖——辽宁省博物馆藏清三代官窑瓷器精品展”“方寸匠心——当代潮州手拉朱泥壶作品展”“传统之茧——欧亚大陆民族文化中的丝绸”等展览。