博物馆建筑面积17300平方米，分为地下一层、地上二层，主体高18.5米，玻璃穹顶顶标高29.5米，建筑平面基本呈“一”字型平面对称布局，展品的布置与陈列极富想象力，特别值得一提的是新疆古墓中发现的古代人的遗体。具有浓郁西域风格和新疆地方特色。新疆博物馆现对外开放有：《找回西域昨日辉煌——新疆历史文物陈列》、《新疆民族风情陈列》、《逝而不朽惊天下——新疆古代干尸展览》、《历史的丰碑——新疆革命史料展览》四项陈列展览。
《找回西域昨日辉煌——新疆古代历史文物陈列》
展出面积1500平方米，历史文物700多件，整个陈列分为文明的曙光、金石之光耀天山、汉通西域开先河、群雄争霸民族融合、大唐雄威置安西、勇捷回鹘迁天山、蒙古西征立汉国等12个单元。集中了新疆各地出土的各类精品文物，特别是文物考古工作者发掘的大量珍贵文物。并结合沙盘、照片、图表、模型、人物复原像、摹绘、拓片、历史文献、互动装置、多媒体触摸屏、声、光、电现代手段等形式系统展示了新疆地区的历史发展进程和新疆地区原始社会、奴隶社会、封建社会等发展阶段的历史概况。
展览中央大厅为圆形新疆维吾尔自治区全貌沙盘，历史展厅的西域都护府、新疆境内丝绸之路沙盘，三个沙盘准确地塑造和刻画了新疆的自然地理、生态环境：西域都护府沙盘力求表现的主题是公元前60年，西汉中央政权在新疆设置的西域都护府；《新疆境内丝绸之路示意图》版心面积为10平方米，模型悬挂，模型表现了新疆境内各条丝绸之路走向，运用光电显示和控制技术，对丝路的南道、北道和中道分别进行动态显示；这里展出的文物有石器、陶器、木器、文书、毛、棉、丝织品、青铜器、铁器、玉器、各类雕塑、绘画、岩画、金银器、货币、食品等种类齐全，具有典型的地方特色，这些文物从不同的角度充分证明，早在公元前，新疆就列入了中国版图；新疆各地出土的各类汉文、龟兹文、焉耆文、回鹘文等各民族文字简牍、文书、信件、经文等重要文物不仅是直接研究中国历史的珍贵资料，对中亚乃至世界民族、文化史的研究也有着不可或缺的意义。
《历史的丰碑——新疆革命史料展览》
展出面积700平方米，革命文物200多件、图片200多幅，分为新疆抗日民族统一战线的形成、中国人民民主运动的一部分——三区革命、新疆和平解放和亲切的关怀巨大的支持四部分，重点介绍了中国共产党在不同历史阶段为建设新疆而流血牺牲的史实和中国共产党三代领导人对新疆各项事业发展的亲切关怀和大力支持。
《新疆民族风情陈列》
展出面积1500平方米，文物上千件，通过蜡像、民族生活场景复原等陈列设计手段，较全面的展现了维吾尔、哈萨克、回、柯尔克孜、蒙古、锡伯、塔吉克、乌孜别克、达斡尔、满、塔塔尔、俄罗斯等12个民族的民俗风情。在以维吾尔民居为主的中央主展厅，还配置了三个各具特色的哈萨克族，柯尔克孜族以及蒙古族的毡房，各种动物标本。整个展厅以表现每个民族的建筑特色为主。
《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服饰——皮裤。
《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，如“五星出东方”护膊锦、汉归义羌长印、唐代陶俑等。展览形式设计以“内容科普化、形式艺术化”为理念，将文物和辅助展品的静态展示，辅以动漫、多媒体等声、光、电多种手段。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。
夏季（4月15日—10月15日）10：00—18：00。
冬季（10月16日—次年4月14日）10：30—18：00。
1.乘坐公交7路、51路、52路、66路、68路、303路、305路、309路、311路、518路、906路、910路、912路、928路在博物馆站下车即是。
2.乘坐公交23路、34路、527路到桥头站下车，沿西北路向北步行500米即是。
3.乘坐快速公交（乌鲁木齐市BRT）5路到西北路站下车，沿西北路向南步行约500米即是。
1980年在罗布泊北铁板河墓葬出土的铁板河女尸，是世界著名的古尸之一。距今3800年，死亡年龄大概在40-45岁，身长152厘米，生前高约155.8厘米。面色棕褐，尖高鼻梁，眼睛深凹，长长睫毛，下巴尖俏，栗色直发披散于肩，甚至体毛、指甲、皮纹均清楚可见。皮肤呈古铜色，有楼兰美女的雅称。
汉代。长18.5厘米、宽12.5厘米，1995年出土。此锦的纹样和文字，是根据东汉时期广泛流行的五行学说而设计的。锦面上织出的虎、鸟、避邪（神鹿）等动物，也与五行学说中关于东西南北中五方的空间观念相联系，另有四个排布成四方形的圆环纹，可能是星象图的象征。
高40厘米，1981年出土。头戴高筒尖顶弯钩宽沿帽，上体裸露，腰系短裙，大眼高鼻，体格强健。据分析，该俑的身份当是公元前5世纪左右，生活在今新疆伊犁地区的古代塞人武士。
1953年，新疆维吾尔自治区博物馆前身农业展览馆筹备，初步设计为山字形平房建筑。
1959年，新疆维吾尔自治区博物馆正式成立。
1962年，新疆维吾尔自治区博物馆迁至乌鲁木齐市西北路132号改为博物馆并对外开放。
1963年10月1日，新疆维吾尔自治区博物馆正式开馆。
2005年9月20日，新疆维吾尔自治区博物馆新馆建成开馆。
新疆维吾尔自治区博物馆科研工作以馆藏文物为重点。在泥塑俑像的修复与复制，古尸处理与保护，以丝网加固法修复残破的栽绒鞍毯(76×74厘米)，以自建传统小窑复制陶器，揭裱古代书画等方面都已取得不同程度的效果。在古代丝织品研究方面突破了前人“唐代纬锦”说的局限，对唐代印染工艺，尤其是久已失传的“夹缬”工艺作了恢复并使之再现。在回鹘文文献与吐鲁番出土汉文文书的整理研究方面，都取得了引人注目的成就。
2001年，被中宣部授予“全国爱国主义教育示范基地”（第二批），被自治区团委授予“自治区青少年爱国主义教育基地”。
2006年，被国家民委授予“全国民族团结进步教育基地”，被文化部评为“公共文化设施管理先进单位”。
2007年，被自治区宣传部、科技厅、教育厅和科协评为自治区青少年科技教育基地，被国家文物局授予“全国文化遗产保护工作先进集体”。
2008年，被国家旅游局命名为国家4A级旅游景区，被国家文物局命名为国家一级博物馆。
2011年05月，在国家文物局主办的第九届(2009～2010年度）“全国博物馆十大陈列展览精品”评选中，《永远和祖国在一起》荣获最佳宣传推广奖。
