การจัดแสดงแบ่งออกเป็น 3 ส่วน
ส่วนที่ 1 อาคารจัดแสดงชั้นบน จัดแสดงเรื่องพัฒนาการทางด้านประวัติศาสตร์และโบราณคดีของเมืองพิมาย ตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์จนกระทั่ง สมัยรัตนโกสินทร์
ส่วนที่ 2 อาคารชั้นล่าง จัดแสดงโบราณวัตถุศิลปวัตถุ รูปแบบศิลปะเขมรที่พบในประเทศไทย นอกจากนี้โดยรอบอาคารจัดแสดงด้านล่างยังมีใบเสมาและทับหลัง
ส่วนที่ 3 อาคารคลังเปิด “ศิลาจำหลัก” จัดแสดงโบราณวัตถุส่วนประกอบสถาปัตยกรรมโบราณสถานในวัฒนธรรมเขมร