大厅雕塑：宽敞明亮的沂水县博物馆序厅，雕塑题材以沂水县主要历史文化为背景作为构图元素，集山崮、齐长城穆陵关、沂河、孟母断织教子以及境内出土的各历史时期具有代表性文物为主。

历史文化陈列展：面积780平方米，分“文明之源”、“三代遗珍”、“汉魏概貌”、“隋唐余韵”四个单元，共展出文物299件。这一展厅系统地介绍了沂水县自远古时代节肢古生物三叶虫化石、更新世时期的肿骨鹿、犀牛、鬣狗、古菱齿象、野牛、野马等脯乳动物化石；旧石器时代早期的打制石器、晚期的细石器；新石器时代大汶口、龙山时期的各类陶器、磨制石器；商代的铜爵、铜剑；我县刘家店子春秋墓出土的铜壶、编钟；各乡镇历年来出土的两周陶器；春秋战国时期的铜剑、铜戈、车马饰件；两汉时期的各类陶器、铁犁、铲头、铁镢和铜鼎、铜壶、铜洗、铜镜等青铜文物；瓷器中最早的是沂水镇牛岭埠出土的东汉时期青釉壶；县城内城市建设中出土的隋、唐时期的釉罐、釉壶、釉碗等；以及各乡镇征集出土的隋、唐、南北朝、宋、元、明、清至民国时期的各类瓷器。陈展中大部分为考古发掘品，很多为国家三级以上文物。其中刘家店子春秋墓出土的铜壶、略疃村出土的青铜剑为国家一级文物，以及铜盘、铜罍等二级文物；杨庄村出土的陶鬶、师范出土的瓷枕等三级文物。展出文物集中反映了沂水县从远古文明至明清时期所形成的独具特色的地域文化风貌。其中，“文明之源”建有旧石器时代我县南洼洞遗址古人类活动场景作为辅助手段，展陈效果形象、生动、直观；“三代遗珍”设有1:15000的齐长城途径沂水段实景沙盘模型。

天上王城春秋墓专题陈列展厅：面积428平方米，本厅分“墓葬形制”、“椁室随诊”、“结束语”三部分，展出174件文物。展厅东侧有一座比例为5:1的古墓复原沙盘模型，东墙为多媒体大型动漫播放区。展陈的是2012年沂水县天上王城景区春秋墓葬考古发掘出土的文物及场景。该墓葬墓葬规模较大、规格较高，其墓室与车马坑共凿建于一个岩穴中，是一种全新的埋葬类型，出土了大量的青铜礼、乐、兵、车马器及玉器等重要文物，对了解东周贵族埋葬制度、研究春秋时期沂水地区的政治、经济、文化、工艺等具有重要价值和意义。被评为2012年“全国六大考古新发现”、2014年“全国十大考古新发现”。

碑刻长廊：面积420平方米，展出石质文物82件。展陈的是沂水县境内发掘出土和征集的碑刻、造像等文物，其中被誉为“汉代历史的画卷”的画像石28通，画风质朴、主题鲜明。雕刻技法有阴线雕、浅浮雕，高浮雕等，内容包括现实生活、神仙祥瑞和宇宙天界等。魏晋南北朝时期的造像3通，明清时期的39通，民国时期的12通。碑刻主要以叙事为主，包含历史、宗教、艺术、族谱等诸方面的资料。出土于沂水县埠前庄村的大观楼对联碑刻，是清代我县著名书法家刘汝屏所写，碑刻以颜、柳体为主，笔法苍劲有力；结构独具创意，具有很高的书法艺术价值，吸引了诸多书家和观众前来赏鉴临摹。