入口处的鲸鱼亲子亲水广场，以实际比例铸造的抹香鲸、座头鲸会定时的喷出水柱，造型维妙维肖，总是让每一位游客眼睛一亮，下水戏水。
进入宏伟的玻璃门，挑高21公尺的大厅，天花板悬吊着鲸鲨、大章鱼、魟鱼、杀人鲸等逼真模型的布置教人耳目一新，彷佛置身热闹的海底世界；5层楼高的人工瀑布，气势磅礴，为馆内注入一股清凉的海底气氛。大厅左右两侧，分别为台湾水域馆、珊瑚王国馆，还有特展区、国际会议厅、海景餐厅、海洋礼品店。
以实景方式模拟台湾本岛及附近水域之生态环境，从涓滴到海洋、淡水到大洋，包括：入口瀑布区、高山溪流、河边溪流、水库、河流中游、河口、牡蛎养殖、岩岸潮间带、触摸池、儿童阳台、珊瑚礁谷、南湾珊瑚礁、探索鱼类、大洋池、保育水的世界等共15种展示主题。
以南中国海绚丽色彩之海底热带珊瑚礁生态为展示主轴，展示台湾海域各种石、软珊瑚生态资源及孕育而生的珊瑚礁鱼（俗称热带鱼）生态。以一艘沉船为游馆的主题，长84米的海底隧道，宛如深潜入南中国海寻宝，观赏沉船里的事物，数十种活体珊瑚及200余种彩鱼，五颜六色的珊瑚礁鱼类来回穿梭在游客身旁以及巨型的珊瑚礁岩，不禁让人忘神地欣赏着瑰丽斑斓的珊瑚礁世界。
台湾海洋生物博物馆共分台湾水域馆、珊瑚王国馆及世界水域馆三个展示馆，以及特展区定期举办特展。入口迎宾广场上设有两座亲水广场，提供游客嬉戏及休憩之用。
“珊瑚王国馆”的特色是活体珊瑚展示及海底隧道。海底隧道长约81米，是目前（2005年）亚洲较长的海底隧道。
“台湾水域馆”的特色是大洋池，其压克力观景窗有16.5米宽、4.85米高，池边玻璃厚度约有33厘米厚，其内豢养三尾鲸鲨。
“世界水域馆”在2006年4月28日完工开放，包括四大展区：古代海洋、海藻森林、深海水域、极地水域。除海藻森林以传统之水族缸展示外，首创电子生态缸展示，以虚拟实境手法呈现古代海洋、深海、极地等生态环境。
开放时间
全年开放，夏令4月－11月、冬令1月－3月、12月和农历过年的营运时间不一样。
1991年，台湾海洋生物博物馆筹备处正式成立。2000年2月25日“台湾水域馆”正式开馆。
2000年7月，水族馆部门委由“海景世界企业股份有限公司”负责经营管理。
2005年台湾花莲县东华大学与该博物馆共同成立了海洋生物科技研究所、海洋生物多样性及演化研究所。
