平房建筑，青砖灰瓦。开馆初期，该馆由一个常设展厅、一个临时展厅组成。常设展厅位于博物馆北部的地上一层，主要通过展板、模型和影像展示中华民族对时间认知的历史，并介绍了中国历法、计时器的发展过程，其中包括圭表、刻漏、浑天仪等，还展示该馆收藏的世界上仅存的两台清朝干隆时期掐丝珐琅荷花缸钟之一。另外还展出清朝报时器圆明园十二生肖兽首铜像其中四尊牛、虎、猴、猪的仿品。临时展厅位于博物馆南部的地下三层，约1000平方米，常年举办文化艺术展览。