博物館的建築外觀以原住民的傳統建築為設計理念，融入現代化的建築手法，打造出兼具美感與實用的空間。館內設有常設展、特展、教育展示等，並定期舉辦各種教育活動，讓民眾可以深入了解臺灣的史前文化和原住民族文化。

博物館的常設展分為「臺灣史前文化」、「臺灣原住民族文化」兩大主題。「臺灣史前文化」展覽以年代為序，介紹臺灣史前時期的文化發展，包括舊石器時代、新石器時代、金石並用時代、鐵器時代等。「臺灣原住民族文化」展覽則介紹臺灣原住民族的歷史、文化、社會、生活等。

博物館的戶外園區設有卑南遺址公園，是臺灣重要的考古遺址。卑南遺址是距今約2,000年前的史前遺址，出土了豐富的史前文化遺物，包括石器、玉器、陶器等。

國立臺灣史前文化博物館是臺灣重要的文化資產，也是認識臺灣史前文化和原住民族文化的最佳去處。