Постоянная экспозиция музея условно разделена на несколько частей:

- Раздел «Археология», посвященный своеобразию праистории Екатеринбурга, рассказывает о первых металлургах-литейщиках и демонстрирует уникальные артефакты 7-3 тыс. до н.э. А при помощи специальной интерактивной доски можно совершить символическое погружение в мир древнего человека и испытать себя в роли наскального живописца.

- Выставка «Небесный код Екатеринбурга. Ключ к прочтению» на примере оригинальных карт, чертежей и рисунков XVIII столетия, а также с помощью уникальной мультимедиа книги демонстрирует непрерывный процесс видоизменений очертаний города, его улиц и фасадов зданий; рассказывает о заводском устройстве и быте екатеринбургской крепости-завода.

- История в 3D – это трехсерийный стерео-фильм, в зрелищной и захватывающей форме освещающий события городской истории. Первая серия – «XVIII век» – повествует о начальных десятилетиях жизни Екатеринбурга в его развитии от крепости-завода к уездному городу. Второй и третий эпизоды посвящены XIX столетию и включают рассказ о гранильной фабрике, оружейной отрасли, архитектурных жемчужинах города и «золотой лихорадке».