博物館占地154.2畝，主體建築面積23332平方米，采用“天圓地方”的設計理念，運用閩臺兩地傳統建築“出磚入石”的特色工藝，紅白相間，渾然天成，充分體現了海峽兩岸的人文精神與地域特色。 博物館二樓為基本陳列《閩臺緣》的展廳，展示面積3466平方米，展線長達1000米。陳列從歷史學、考古學、人類學、社會學、民俗學等多學科角度，通過七個部分、二十壹個單元、八十七個組合，以殷實的實物、文獻、圖片等資料，用舉證的方式和對比的方法，從地理、民族、政治、經濟、文化等諸多方面，科學、真實、直觀、生動的闡述了臺灣自古是中國的領土，祖國大陸人民與臺灣同胞壹脈相承、手足情深的歷史事實。 博物館三樓為《鄉土閩臺》專題展和臨時展覽的展廳。《鄉土閩臺》專題展面積2889平方米，按照“春、夏、秋、冬”四個時節，通過全場景式的陳列手法，展現閩臺兩地***同的民俗風貌。臨時展廳面積1500多平方米，可舉辦各類臨時展覽及活動，為海峽兩岸的文化交流提供展示、合作、互動的平臺。
閩臺緣二樓大廳，首先看到的是主題館的前沿部分：壹幅紅色海峽兩岸地圖的漆畫和四根雕刻威龍盤旋在上的柱子，頭頂為立體感很強的藍色天空圖畫。
主題館的第壹個部分，呈現的是壹幅遠古家園的場景。海峽兩岸壹水之隔、福建與臺灣壹衣帶水的地理淵源在這裏得到充分體現。
首先是壹座臺灣海峽地形變遷示意模型。通過模型可以看到海平面之下大陸與臺灣島的連接情形。當地球進入第四紀更新世冰河期間，也就是距今1.8萬年前，地球氣候急劇變冷，臺灣海峽水面下降到最低位置，低於現在海面150米左右，於是海峽變通途，大陸古動物與古人類不斷遷徙島內，但冰期結束後，海平面又上升，重新形成臺灣海峽。之後閩臺兩地先民沖破驚濤駭浪的險阻，仍然保持原始文化的密切聯系，***同開辟了遠古的家園。旁邊是體現臺灣島和臺灣海峽形成的七幅直觀圖。
接下來陳列的是體現這壹時期在兩地發現的古動物和古人類骨骼化石的圖片和實物，其中有臺灣桃園縣大溪內柵、新竹縣寶山、臺南縣左鎮菜寮坑、高雄縣四旗津、屏東縣恒春等地發現中國犀牛、臺灣古象、中國劍齒象、野牛、古鹿、野豬等化石。這些化石與福建三明萬壽巖、漳州東山縣海域、泉州石獅海域出土劍齒象、野牛、古鹿等古動物化石十分相似，屬於同壹動物群。臺灣與福建古動物遺跡，形象地反映了新生代第四紀時，華南的古動物群通過海退後形成海峽陸橋，遷移臺灣島的結果。同時泉州漁民在臺灣海峽深處捕撈上來的“右肱骨化石”被鑒定為是從大陸向臺灣遷徙的早期人類，命名為“海峽人”。第壹部分展廳還有壹些內容則是大陸和臺灣在不同時期文化的對比。
史前文化中，閩臺先民創造了諸多原始文化。而臺灣長濱文化和三明萬壽巖文化以及漳州蓮花池山文化的對比中，我們可以看到臺灣長濱縣出土的石片器、礫石偏鋒砍器、細石器、手斧等文物，還有三明萬壽山發現的舊石器時代人工地面、排水溝等遺跡，漳州蓮花池山出土的刮削器等遺物。這些遺物有壹定地相似性，所以長濱文化的人類，可能來自華南地區。
臺灣大坌坑文化與大陸新石器文化對比中，博物館中陳列了臺灣大坌坑出土的陶器殘片、石斧等器物和平潭出土的大陸新石器文化時期的陶器、玉器、石器和骨器。兩地出土的遺物，無論在器物形制、經濟生活還是文化年代都非常相似，***同構成了海峽兩岸新石器時代早期的統壹文化圈。
還有臺灣圓山文化出土的石斧、石石段、石矛、石網墜和玉器等器物，福建長汀出土的大陸新石器文化的石掄、陶紡輪等，兩者比較可發現臺灣圓山文化的器物在形制上來源於祖國大陸東南地區。最後展出的是臺灣鳳鼻頭文化和大陸新石器文化出土的器物。從兩地出土的文物，尤其是陶器中紅陶、灰黑陶、黑陶及其後壹度流行的彩陶序列上看，臺灣古代文明的發展歷程與華南古代文明的發展息息相關。