半坡博物館收藏文物3萬多件，壹級品200多件。藏品中約有石器3000件，陶器1.4萬件，其他質地器物3700多件，人骨標本200多具，古生物化石和古人類化石標本約200多件。半坡遺址陶器上的魚紋圖案具有代表性，其中口部噙魚的人面紋飾最具特色。
半坡博物館的遺址大廳內保存著原始村落的壹部分，面積約3000平方米，有房屋、窖穴、圈欄及大圍溝等遺跡，展示了原始村落的面貌，反映半坡人的生產水平，以及當時的社會性質和制度。半坡基本陳列展出遺址出土的各種生產工具和生活用具，表現半坡人的生產和生活以及藝術創造。原始社會史陳列，通過中國各階段人類化石、古動物化石標本和數百件文物，介紹原始社會從人類出現到氏族社會的產生、發展、繁榮和解體的全過程。
人面魚紋盆
這種繪制在陶盆上的“人面魚紋”。自1955年出土以來，半個多世紀中，研究這種人面魚紋的看法，已有20余種，但沒有哪種成為不移之論。人面魚紋盆盆高16.5厘米，口徑39.5厘米，在陶盆內壁，繪有對稱的兩個人面和兩條魚紋，該器物1955年被發現，出土地點在半坡遺址居住區內，這也是半坡遺址首次發現完整的人面魚紋這種彩陶圖案 。
是半坡文化的典型器物。遺憾的是《西安半坡》發掘報告缺少對該件器物的完整介紹，從散見的文字和器物圖片觀察，該器應是：泥質紅陶、黑彩、腹微深、底略平。沿面黑彩以箭頭和短直線分為四個單元，盆內壁及近底處繪制人面紋和魚紋各二，兩兩相對，兩條魚紋是以線條勾出的簡筆畫。兩個人面紋面部作圓形，頭頂三角狀發髻，發髻外圍以類似魚鰭的帶刺三角形裝飾；額頭右半部塗黑，左半部為黑色半圓形；眼睛細而平直，似閉目狀；鼻梁挺直，成倒 “T”字形；嘴巴是以留空的手法用對頂三角表現的，左右兩側各有壹條變形魚紋，魚頭與人嘴外廓重合，似乎是口內同時銜著兩條大魚；雙耳處有相對的兩條小魚，從而構成形象奇特的人魚合體圖案。
據統計，有關論文不下數十篇。主要有圖騰說、神話說、祖先形象說、原始信仰說、面具說、摸魚圖像說、權力象征說、外星人形象說等 。
魚紋彩陶盆
陜西西安半坡出土，高17厘米。
魚紋彩陶盆的盆口沿微卷，通體施以紅色，盆的外壁描繪互相追逐的遊魚三尾。魚的線條流暢，比例準確，形態為圓睜的眼睛和大張的嘴巴 。
小口尖底瓶
小口尖底瓶是半坡文化最具典型意義的器物，在西安半坡遺址的發掘中有較多的發現。《西安半坡》發掘報告如是介紹：汲水器，細泥陶或細砂硬陶，紅色，制作精美，部分器表飾彩；小口、短頸、鼓腹、尖底、腹兩側有耳，肩部及中腹以上裝飾左向傾斜的細繩紋，器型變化較多，口部剖面呈方形、圓形、葫蘆狀等。遺址出土的形大而質好，平均高50厘米左右；墓葬出土的較小而質粗，平均高30~40厘米。
小口尖底瓶面世以來，就引起人們對其功能和用途的種種推測。最初，是把其當做汲水器認識的：小口可防盛水外溢，質地細密可防盛水外滲；用繩拴在環耳上放進水裏汲水時，尖底先接觸水面，繼續放入水中後，由於受浮力作用不均衡，陶瓶便沿水平軸翻轉，使水灌入瓶內，而當瓶水漸滿後，由於重量加大，使瓶又在水中重新恢復垂直狀態，提出水面後瓶內水不會灑出。尖底瓶是汲水器的認識後來被實驗考古所顛覆，上世紀80年代末，半坡博物館與北京大學的相關人員合作實驗，結果表明：尖底瓶放到水上後，因其上部粗重，確實能開始自動灌水，但當灌到壹半時，重心下移，口部又自動翹出水面，因而無法自動把水灌滿。而且雙系系繩提擡滿瓶水時，同樣會因為重心在上部而傾倒。因此，尖底瓶的功能與用途又有了酒器、祭器、葬具諸種說法。