馆内设有9个展区和科普活动室，并建有图书资料室、多功能讲演厅、文物库房、多媒体演示教学设施等。建筑装修和陈列展览总投资2400余万元，其中上海中医药大学出资约2000万元，上海市科委、市文管委和浦东新区政府资助近400万元。
医史博物馆成立于1938年7月，是中国较早建立和目前具有相当规模的中医史专业博物馆，馆藏从新石器时代以来的中医药文物14000多件，《黄帝内经》、《伤寒论》和《本草纲目》等古今医籍6000多册，医药报刊3000多册/种，其中不少是20世纪20、30年代稀见中医药刊物。分综合馆和养生康复、针灸推拿、中药方剂、中医文化、中医科教5个专题馆，展示的实物史料，反映五千年来中医药学发展的重要史实和主要成就，在中医史教学、普及中医科学知识、促进中外医学交流等方面发挥重要作用。
医史综合馆中的展品和展示项目有“中医药千年回响”铜浮雕、“精气神”浮雕、“阴阳五行”雕塑、“历代医家及医事活动”雕塑，汉代马王堆出土的花椒、桂皮，唐·太医署场景，秦代五角形下水道管，宋代八卦串铃，明刻本《铜人腧穴针灸图经》，明代獬豸熏，明代葫芦形黑釉特大药坛，清末《世补斋医书》书板等。
针灸推拿馆展示珍品——清代乾隆皇帝赐与编著《医宗金鉴》官员、1744年铸造的针灸铜人，石器时代的医疗用具砭石，翻刻于1665年的《铜人明堂图》，针灸推拿器械等，揭示针灸推拿的发展历程和医疗成就。中医文化馆展示中医名家等书法、绘画作品和历代医家的处方手迹。康复养生馆从精神调摄、起居有常、饮食合理、健身运动、用药有道等不同侧面反映中医注重预防和病后调理的思想和方法。中药方剂馆有马王堆出土的花椒、茅香、桂皮，晋代王羲之亲属墓中出土的丹丸，泉州湾宋代沉船中的降香、沉香，清代各式盛药器皿，质地各异的制药工具，古代药典等珍贵实物资料，还有宋·赵太丞家（清明上河图）场景，集中反映中药、方剂的发展概况和成就。
在中医科教专题馆里，有脉象仪、脉象模型，舌诊多媒体软件，辨证论治触摸屏系统，针灸智能人、按摩点穴智能人。针灸智能人等展项，是经过提升改造后的高科技展示内容，它们运用现代信息科技手段，揭示中医药学的科学内涵。
中药标本陈列馆有近50年历史，现为上海市教委重点学科点，是中药学教学、科研、对外交流与展示、开展中药科普宣传教育的平台，是收集、制作、鉴定、保存各类中药标本为一体的多功能综合性机构。收藏中药标本和中成药3000多件，介绍中药形态、功效，传播中药科学知识。陈列麝香、野山人参、冬虫夏草等名贵标本，150多种动植物中药液浸标本，传统精制中药饮片，名特优新中成药，名贵中药腊叶标本。还有一个科普活动室，青少年可以与中药“互动”，开展中药标本趣味习作。
校史陈列馆于2004年12月成立，陈列校史图片、实物700多件。通过参观“杏林绿叶、五十春秋；创业岁月、辛勤耕耘；非常时期、风雨历程；走进春天、改革发展；弘扬中医、与时俱进”等展版，观看校门变迁、杏苑耆英、春华秋实、群贤剪影……励精图治、播扬国粹等等图片和展品，观众可感受到江泽民同志等党和国家领导人对上海中医药大学的亲切关怀，了解创建于1956年上海中医药大学成为我国中医药教育、科研、医疗一个重要基地的的发展历程。
占地16亩的“百草园·杏林苑”于2006年6月23日建成开园，将景观、科普和教学融为一体，与中药标本陈列馆相辅相成，对公众免费开放。“百草园·杏林苑”是学校中医中药教学与研究的资源和社会科普教育的资源，在积极为学校的教学和研究工作服务的同时，也为社会的科普教育活动服务。“百草园·杏林苑”融入、整合并依托整个校园丰富的中医药特色生态景观绿化，以点连面，充分呈现和展示“橘井飘香”的中医药文化氛围。整个园区被设计成八卦形与位于博物馆的“阴阳鱼”造型相对应，充分体现具有中医特色的万物众生皆阴阳平衡的特点。在面向社会的中医药科普教育活动中，主要接待大中小学生、社区居民等，举行包括常用药用植物品种识别、采集、观赏，挂牌、养护，观看药用植物专题短片等活动；开展青少年及科普对象参与的“挂牌认养”、“我与苗木同成长”、“采果标本发放”等活动；结合芳草园等园区的品种，开展“收集花叶闻香识药”、“采果收种选优建库”、“干花干草香熏摆件”、“功能植物餐饮食品”等趣味活动。引导观众了解、热爱中医药文化，鉴赏各类入药的奇花异草。“百草园”面积约8600m2，有平地栈道、多媒体教室、暖房、人工小溪等，由荫生园、水生园、丹桂园、藤蔓园、木兰园、灌木园、果树园、芳草园、茶艺园、香草园、盆景园、菜蔬园、品菊园、红豆园和引种园等组成，种植400多种常用药用植物，有“中华九大仙草”之首的铁皮石斛、珍贵的毛曼陀罗、百年首乌和杜仲、石斛、辛夷、银杏、藿香、紫苏、黄芩、玄参、野葛、百部、百合、猕猴桃、金银花等。“杏林苑”占地约2000m2，栽种杏树320余株。杏树由上海中医药大学系统师生、校友和单位认购。“神农尝百草”是一个古老而美丽的传说，“杏林春暖”也是医学史上流传了一千七百多年、赞美德医双馨的一段佳话，树魂立根、育人济世是上海中医药大学的职责，所以用“百草园·杏林苑”命名。
上海中医药博物馆的形式设计更是波澜壮阔，高潮迭起。宽敞的展厅，高低错落的展品，雅俗对话的展具选材，稳健而协调的色调搭配，明暗衬托的用光，加之“唐太医署”和“宋赵太丞家”2处场景的布设，使得展览的艺术效果更加与中医文化的丰富内涵相一致，与陈展内容的发展脉络相同步，步步将观众引向深入。去年上海市政府将上海中医药博物馆建设列入市府年度为民办实事计划中科普教育基地改造的10个项目之一，市文管委和浦东新区科协等部门也立专项予以支持。该博物馆的建成开放，不仅将为上海和浦东新区的精神文明建设增添了高品位的文化艺术展示场所，也将为弘扬中华民族的优秀文化，宣传中华民族医药卫生活动的历史与成就，开展辩证唯物主义、历史唯物主义、爱国主义和民族优秀传统教育，为增进中外各民族的文化交流、医药交流和友谊，推动中医药学的发展发挥积极作用。
2006年还建成“多语种（汉语、英语、日语、韩语）讲解导览系统”、“多媒体动态演示（海洋药用资源、处方赏析、针灸沿革、名贵中药材真伪鉴别）系统”。
