泥河灣博物館位于陽原縣城新區(qū)泥河灣文化廣場，占地20畝，主體二層，局部三層，長91米，寬53米，高17米，建筑面積4623平方米，總投資4100萬元，屬國家中型展館，是我省目前唯一，也是全國規(guī)模最大的舊石器專題博物館，可滿足5萬余件出土文物的陳列展示。博物館平面呈半圓弧形，面向東北，30米高的“人”字型標(biāo)志柱高高矗立，象征著東方人類從泥河灣走來，在外墻墻面上分布著的條帶花崗巖，代表泥河灣標(biāo)準(zhǔn)地層。

泥河灣博物館展廳面積2145平方米，展廳的500余米長展線分序言廳、四個主展廳、一個臨時展廳，主要展現(xiàn)泥河灣標(biāo)準(zhǔn)地層、泥河灣古湖、馬圈溝舊石器時代早期人類餐食大象、侯家窯舊石器時代中期人類獵馬、虎頭梁舊石器時代晚期細(xì)石器制造工廠及于家溝舊石器時代晚期采集業(yè)與農(nóng)業(yè)萌芽等部分場景。同時采用繪畫、雕塑及聲、光、電等現(xiàn)代化科技手段，全景展現(xiàn)200萬年前至一萬年前泥河灣古人類狩獵、采集、用火、進(jìn)食和制造工具的生產(chǎn)生活場面。該博物館分六個展區(qū)，各展廳采取環(huán)套結(jié)構(gòu)相連，又各自分隔，自成體系。同時在主體建設(shè)中設(shè)計了大型文物儲藏室、資料檔案室和文物修復(fù)室。該館不論在建筑規(guī)模和藏品數(shù)量等方面均屬前列，與云南元謀人、北京周口店等國家級博物館一并成為世界考古科研基地。另外，在泥河灣遺址群內(nèi)還將建設(shè)現(xiàn)場展覽館，作為博物館的有機(jī)組成部分，重點對小長梁、虎頭梁、侯家窯、馬圈溝等重要遺址進(jìn)行扣棚永久性保護(hù)展覽，再現(xiàn)古人類生活場景。

舊石器時代，是人類開始出現(xiàn)的時代，以打制石器為工具，人類的體質(zhì)具有原始的特征，遺存與若干絕滅動物共存，地質(zhì)時代屬于更新世，從距今250萬年前開始延續(xù)到距今1萬年前為止。

該展區(qū)對馬圈溝、小長梁、東谷坨、岑家灣、飛梁等遺址進(jìn)行復(fù)原。在展示時以當(dāng)時自然環(huán)境和人類活動的壁畫與文物標(biāo)本相呼應(yīng)，展現(xiàn)人類制造工具和使用工具的情景。采用繪景與真品結(jié)合的方式展出展品，挖空畫中人群拿武器的手部，放置真實的文物標(biāo)本。突破一般博物館的陳列的定式，使觀眾直接了解遙遠(yuǎn)而陌生的石器是如何制造和使用的。

在展示的同時滾動播出馬圈溝遺址發(fā)掘攝像資料與飛梁遺址發(fā)掘現(xiàn)場錄像。

在北京中華世紀(jì)壇象征中華民族歷史長河262米的青銅甬道第一級臺階上，鐫刻了泥河灣小長梁遺址的名字，微縮復(fù)原世紀(jì)壇。