Мельбурнский музей расположен в парке «Карлтонские сады», рядом с
Королевским выставочным центром. В здании музея, кроме основных выставок, располагаются несколько зрительных залов и театров, общественный исследовательский центр, кинотеатр IMAX, кафе и сувенирный магазин. Экспозиции размещены в семи основных галереях, галерее для детей до 8 лет, и в специальной трёхуровневой галерее, предназначенной для временных экспозиций.
В галерее «Наука и Жизнь» — самой популярной среди посетителей, выставлены скелеты разных динозавров, карликового голубого кита, некоторых млекопитающих. Галереи «Разум и Тело» и «Эволюция» рассказывают о строении человека и об изменениях в человеческом разуме и теле в ходе эволюции. «Лесная Галерея» посвящена природе лесов Австралии, с живыми птицами, рептилиями и другой фауной.