该馆基本陈列有“新疆历史文物”、“新疆民族民俗”。还举办过“中国原始社会”、“魏晋南北朝隋唐时期的高昌封建社会”、“伟大祖国丝织工艺”、“新疆原始社会、“汉--唐时期的新疆”、“新疆石窟壁画(摹本)”、“新疆出土文物”、“祖国锦绣”、“新疆古尸(及伴出文物)”、“馆藏书画”等专题陈列和展览。还有大量汉唐丝织品，书写的文书、简牍，晋唐时期木雕、泥塑俑像及纸本、绢本人物，花鸟绘画，具有斯基泰文化特征的青铜器，以及新疆各兄弟民族的服饰与工艺品。此外，还有部分古生物化石和古尸标本等。
主题展览
《逝而不朽惊天下--新疆古代干尸展览》
2014年9月3日，新疆维吾尔自治区博物馆推出干尸展览。 面积约700平方米，展出数具古尸，辅助陈列了大量随葬精品文物，并以照片、图片、多媒体触摸屏等多种形式丰富陈列内容。整个陈列分为罗布泊的楼兰居民、小河-埋葬千口棺材的墓地、戴金额面具的营盘人、扎滚鲁克的彩绘面人、精绝国夫妻情、阿斯塔那地宫的主人、阿勒泰石人石棺墓等7个单元。
《瀚海霓裳--西域服饰的记忆》
2010年6月推出的主题展。展出150多件文物珍品和几百幅复原图。上至3800年前后的小河墓地，下至百年前的清代，从先秦服饰，到西域汉晋服饰，到隋唐五代服饰，再发展为红带系宝冠、金锦衬英姿的西域宋元服饰，最后演变为具有民族风格的明清西域服饰。
《永远和祖国在一起》
2010年6月正式推出的展厅。展览分为序厅、在祖国母亲的怀抱中诞生、在中华多元文化的熔炉中成长、在丝绸之路的发展中繁荣、互动游戏五个部分。展厅面积1100平方米、展线长360米、文物展品87件、辅助展品22件，其中珍贵文物18件，其中，一幅巨大的“西域都护府西域诸国图”以投影形式展现，同时又设置了一个19寸电脑显示屏，让观众近距离读图。此外，展厅里还设置了影像播放厅，观众可以坐下来观看循环播放的新疆纪录片。
