建筑布局
该馆包括徐州古代军事史展厅、秦汉军事发展史展厅、汉兵马俑军阵展厅等。徐州市博物馆馆长刘延德称，这将是中国第一座古代军事史博物馆。
现代化陈列展厅地上部分为两层，第一层为徐州古代军事史陈列展厅，它利用先进的声、光、电等陈列手段，全面展示徐州古代军事战争的产生、发展和独特的历史面貌；第二层为兵马俑陈列展厅，介绍兵马俑的产生历史背景、发展演变、制作工艺及艺术价值，着重向观众陈列展示秦汉军事史、兵制史、作战史和实战兵器等。
徐州古代军事博物馆现代陈列展厅的地下层，为汉兵马俑坑军阵原址展厅，改建后的汉兵马俑遗址展厅将把徐州汉兵马俑的整体全貌展示出来。为此，将休整二号坑，发掘三号坑，复原四号坑。
馆藏文物
兵马俑坑
兵马俑坑计有东西向步兵俑坑3条，间距5米，各长28米。坑口宽2.2米，底宽1.1～1.4米，深0.4～1.1米；南北向警卫俑坑一条，位于3条步兵俑坑之东约 5.5米，坑长26米，宽1米，深0.15～0.40米；骑兵和战车坑两条，位于3条东西俑坑之西北125米，其一于1981年损坏，其二东西长12.5米，宽 3.5米，深0.4～0.6米。俑坑距现地24米余。
目前已发掘两条步兵俑坑和警卫俑坑，两条步兵俑坑东端皆遭不同程度的破坏，现存陶俑2393件，其中一号坑1016件，二号坑1377件。
俑皆陶土烧制，青灰色，计有马 4匹，官吏俑1件，余为甲胄俑、跪坐俑、盔甲俑、发辫俑、发髻俑、弓弩手俑及持长械俑等。俑身涂粉，局部绘朱。
从形制、质地、服饰等特点分析，为公元前1世纪作品，约当西汉景、武之际。
汉兵马俑
汉兵马俑原是距今2150多年前的西汉楚国的第三代楚王刘戊的陪葬品，就像秦兵马俑是为秦始皇陵“骊山”陪葬的一样。
汉代社会是一个视死如生的社会，人们认为人死以后，只是换了一个地方继续生活，因此生前所能享受到的一切物质待遇和精神待遇，死后都要想方设法带到另外一个世界里去，徐州的各座楚王墓中，粉仓、厨房、钱库、乐舞厅、会客厅应有尽有，就连厕所也制作得一丝不苟、设施齐全。在这样一个背景下，一些手握重兵的诸侯王和高级将领，死后自然希望能继续指挥千军万马，兵马俑就应运而生了。
从制作工艺上讲，兵马俑是用模子制作出来再经二次加工塑造成的，大小差不多，但是，如果仔细观察就会发现他们的表情千姿百态，各不相同。它们当中的昂着，张着嘴，仰着身子，仿佛是一位性格粗犷、情不自禁地在嚎啕大哭，身边的两位一个探过头来，一个侧过脸来像是在安慰劝说正在嚎哭的人;有的则是低着关、皱着眉，嘴角向下撇，显出性格内向，默不作声的悲郁神情，这与整体庄严肃穆的军队主题是相吻合的。
汉兵马俑在继承了秦俑风格的基础上加以发展，由写实转变为写意，它不注重人物线条的比例是否准确，而侧重于人物的内心世界和精神风貌。
发展历史
1984年12月。一个偶然的契机，在徐州市东郊狮子山的西麓发现了一组汉代兵马俑，揭开了这支沉睡两千多年的地下部队的神秘面纱。兵马俑总数4000多件，对研究中国古代军事史有着重要的意义。
考古工作
者随后进行了全面的发掘。狮子山兵马俑，不仅数量众多，而且种类繁多，显示出丰富的内容：有博袖长袍的官员俑、冠帻握兵器的卫士俑、执长器械的发辫俑、足登战靴和抱弩负弓的甲士俑等十余种。狮子山兵马俑既是汉代的艺术珍品，又是徐州作为军事重镇的历史见证，不仅对研究汉代雕塑艺术有极高的价值，对于研究汉代社会生活、丧葬制度、军制战阵都有着同样的价值。
1994年12月至1995年3月，考古工作者又发现了楚王陵，是西汉的第三代楚王刘戊的陵墓，使得狮子山地区一举成为全国瞩目的旅游热点。这座楚王陵不仅规模庞大、气势恢宏，奇特的结构更是独树一帜，前所未有。墓中出土了各类珍贵文物近二千件，其中不少文物是国内考古首次发现。尤其珍贵的是，科学工作者根据墓中残留的楚王遗骨，成功地复原了二千一百年前一代楚王的形象。
徐州汉兵马俑博物馆
位于狮子山楚王陵其西侧300米远的汉兵马俑则是它的一个组成部分，象征着卫戍楚王陵的部队，两处遗址距今已有2100余年的历。
这批分布于六条俑坑，总数四千多件的陶俑群反映了西汉初年分封在徐州的楚王国军队的整体建制。步兵中既有官吏，又有普通战士如持长械俑，弓弩手俑，发辫俑等。车兵中则有甲胄俑和御手俑之分，对研究中国古代军事史有重要的意义。而由于作为楚王的陪葬俑，所有陶俑的面部表情则多表现得悲怆肃穆，展示了楚国工匠的杰出制作工艺和艺术表现力。
此次发现是继咸阳杨家湾西汉彩绘兵马俑、西安临潼秦代兵马俑之后的第三批重要发现。当地政府在原址建立起全国第二处兵马俑博物馆。展出的兵马俑分为兵士俑、官员俑、马俑、盔甲俑和跪坐俑等五类。
