楚雄州博物馆共有八个主要展厅，分别是

　　序厅、动物标本厅、古生物厅、历史文物厅、彝族厅、中共楚雄历史展厅、罗江艺术馆、临展厅、影视报告厅

　　1、古生物厅

　　本厅展览分上下两层，楼下为第一单元——恐龙世界，陈列以楚雄地区出土为主的恐龙化石及恐龙科普资料，楼上为第二单元——丰富的古生物，陈列寒武纪、二叠纪、一直到第三纪(晚上新世)的各类古生物标本及楚雄元谋盆地出土的古生物标本和资料。

　　2、历史文物厅

　　历史文物厅分上下两层，按照考古学历史分期陈列楚雄州的历史文物。楼下为第一单元“旧石器时代”和第二单元“新石器时代”，楼上为第三单元“青铜器时代”和第四单元“东汉至明清时期文物”。

　　3、彝族厅

　　第一单元：历史文化展

　　第二单元：中国彝族服饰展

　　第三单元：彝族毕摩文化展

　　4、动物标本厅

　　本厅是楚雄州博物馆专门针对青少年学生而开设的科普教育场馆。陈列我州野生两栖类、爬行类、鸟类、兽类和鱼类动物标本，一共200余件。

　　5、序厅

　　本厅主要介绍楚雄彝族自治州概况及博物馆展示的主要内容。