徐州博物館主樓基本陳列有“古彭千秋”、“達汗氣象”、“天宮漢宇”、“韓佳煙火”、“勇士秀”、“金戈馬鐵”、“鄧永清收藏書畫展”等七大單元。展出各種文物珍品5000余件，充分展示了徐州豐富燦爛的歷史文化。西漢采石場遺址中陳列著壹些采石場。展示考古發掘現場和土山東漢彭城王墓出土文物。乾隆宮陳列著“乾隆與徐州史料展”和歷代碑刻。徐州博物館作為文化交流的重要窗口，積極舉辦文物外展。近年來在國內舉辦巡回展覽，並在美國、澳大利亞、奧地利、英國、德國等國舉辦展覽，充分展示了豐富的徐州漢文化。
徐州博物館擁有豐富的文物藏品和完整的收藏體系，彰顯了徐州獨特的歷史文化底蘊，不僅代表了該地區的藝術水平，也代表了國內的最高水平。主要有陶瓷、陶俑、玉器、金銀器、青銅器和鐵器、印章、字畫、雜項等。館藏文物從新石器時代到明清以及當代藝術品，內涵豐富。其中，新石器時代、漢代和明代是最豐富、最優秀的文物。尤其是漢代，文物最具特色，形成了完整的陳列體系。藏品中除了字畫外，大部分文物都是從古遺址或古墓中發掘出來的，時間和來源都很明確。