博物馆共分三层，分别为展示陈列区、动漫互动体验区以及多功能剧场区。

其中，连环画展区陈列的24位中国画坛巨匠的70余幅原作，而动画馆则陈列《孙悟空大闹天宫》、《宝莲灯》、《哪吒闹海》等原稿原画藏品，数量质量均为中国第一。据了解，这些动漫艺术名作分别遴选自上海图书馆、上海美术电影制片厂等众多动漫作品收藏机构以及收藏个人。

与一楼浓浓的怀旧情绪不同，二楼的动漫互动体验馆则充满了后现代气息。这里不仅展示了三维技术等当今领先的动漫新技术，参观者更能通过身体的参与接近动漫的制作和呈现。比如在声优馆，你可以为喜爱的动画作品配音；而在拟音区则陈列了各种拟音道具，也许你从未发现一个竹盘一堆黄豆就能惟妙惟肖地模拟雨声，而马蹄的声音是棒子套上两个切成两半的棒球模拟出来的。通过声光等影音效果，你同样可以身临其境地体验蒂姆·波顿动画作品《僵尸新娘》中的惊悚气氛，或是在“海底世界”中来一场人鱼共欢。除此以外，参观者同样可以在显示屏上给动画小人画表情，或者尽情享受最新推出的一系列游戏。

三楼的多功能剧场区于2010年04月举行方成作品的展览，同时这里还有一座可以同时容纳200人的3D电影院，可以放映电影，也可举办动漫或多媒体剧演出、电子竞技、专业展会、论坛讲座等活动。