Экспозиция состоит из трёх разделов:
- «Природа Арктики»;
- «История исследования и освоения Северного морского пути»;
- «Антарктика».
В музее представлены личные фонды исследователей, снаряжение экспедиций, уникальные приборы, макеты кораблей, диорамы. Среди экспонатов — ледовый разведчик самолёт «Ш-2», штурвал и модель ледокола «Таймыр», спасательный круг с парохода «Челюскин», модель русского первого ледокола «Ермак».
Здесь можно увидеть картины художников Ивана Шультце, Ивана Мешалкина, Михаил Платунова, Николая Бубликова, Михаила Успенского и других, годами работавших в районах Арктики и посвятивших её суровой, могучей природе и её людям большинство своих произведений. Также представлены акварели, созданные Александром Бенуа после посещения северных русских районов и одиннадцать произведений художника Александра Борисова, ученика И. И. Шишкина, а затем А. И. Куинджи.
Среди них известная картина А. Борисова «Августовская ночь в Северном океане», 1903 года. Картина была достоянием Русского музея, но в 1930-е годы её передали сюда, в подходящий по тематике музей.
Проводятся экскурсии, посвящённые природе и исследованиям Арктики и Антарктики, истории открытия и освоения Северного морского пути.
Учитывая усилия России по освоению Арктики и утверждению себя арктической державой, существование такого музея и его просветительская деятельность крайне важны.