展厅内分正厅、藻类室、无脊椎动物室、鱼类室、哺乳动物室、综合利用室和水族厅7个展览室，共展出标本670多件，展品近3000件。正厅内一个长3米、宽1.2米的水族箱里，有20多种五颜六色的海鱼在翱游，两旁银白色的海珊瑚造型奇特。海藻室的标本是科技人员潜入海底采集的。他们根据在海底所见，用绿藻、褐藻、红藻、蓝藻等在海藻室设计的海藻生态景观图，栩栩如生。
水产馆的无脊椎动物室陈列有海绵动物、腔肠动物、环节动物、软体动物、节肢动物和棘皮动物的标本。其中有一只锦绣龙虾，体重达5公斤。展品中还有球仔螺、唐冠螺、角螺、蛙形蟹、关公蟹、海马等，以及著名的马氏珠贝、“世界珠王”夜明珠、走盘珠。
鱼类室展示的是各种鱼的标本，其中鲨鱼标本令人惊叹。最大的鲸鲨体重达4100公斤，最小的海心鲨体长只有15厘米。
海兽是海洋里的哺乳动物。包括鲸目、鳍脚目和海牛目。其祖先为陆生动物，重返海洋后逐渐形成流线身体，外形象鱼，但是温血胎生，哺乳，用肺呼吸。北海水产馆海兽室介绍了我国珍贵的3种海兽资源：海中巨兽—鲸、海中“美人鱼”—海牛、海中杂技演员—海脉。海牛学名儒艮，因母兽哺乳时用鳍状前肢拥抱幼仔，头胸部露出水面，犹如少妇在水中游泳，故有“美人鱼”之称。儒艮属于濒临灭绝的珍稀动物，只栖息在我国广西北海市附近海域和美国、墨西哥一些海域中。展品中还有一具长13米、重达15000公斤的鞮鲸巨型骨骼。
水族厅内展出海中各种活的鱼类，其中珍贵的双带黄鲈、新目绵鱼、老鼠斑等以其鲜艳的色泽、奇特的形状吸引着游人。更有趣的是中国鲎，雄雌总是拥抱在一起，在水中游玩。
水产馆外还有龟池。从北部湾深海中捕获的百年老龟在这里一展寿星风采，最大的一只重达150多公斤。
北海水产馆是北部湾海产资源的活辞典。北部湾是大陆架海湾，气候温和，水温适中。三面陆地都有许多河流倾注入海，带来大量有机物质，有利于水生物的生长繁殖。因此，北部湾水产资源非常丰富，仅鱼类就有500多种。北海水产展览馆，体现了北部湾水产资源的特色。