中国海洋石油工业陈列馆建筑面积18144.7㎡，展览区域面积11024.5㎡，展览区域设置4个常设展厅、2个临时展厅和1座影院：一层设置前厅（渤海油田全景沙盘等）、党建文化厅、习近平总书记关心海洋石油工业主题展厅、临时展厅（中国共产党人的精神谱系主题展厅、党纪学习教育主题展厅）和影院，二层西侧、三层西侧为发展历程厅，二层东侧、三层东侧为科技科普厅。
党建文化厅
党建文化厅，面积737平方米，全面介绍了二十世纪五、六十年代至今，中国海油党的建设、文化建设情况以及取得的成就。该厅主要包括党建引领逐梦大海、社会责任海油情怀、人才兴企文化聚力等板块，按照“大党建”的思路，阐述了通过党建工作与生产经营的深度融合，形成了具有海油特质的思想政治工作方法和优秀企业文化。
主题厅
“习近平总书记关心海洋石油工业”主题展厅，展区面积300平方米。重点介绍习近平同志自福建省工作起，就一直高度重视我国海洋石油工业的发展，他立足新的历史方位，科学研判我国海洋事业和能源行业发展形势，多次考察、调研、指导中国海油，并先后作出了一系列重要指示批示。
发展历程厅
发展历程厅，面积3997平方米，按照时间顺序分为艰苦创业（1957-1977年），对外合作（1978-1992年），高速发展（1993-2012年），迈进新时代（2013年至今）四个章节，系统介绍了中国海洋石油工业60余年的发展历程。该厅用生动鲜活的故事，讲述了中国海油艰苦创业、筚路蓝缕的历史，歌颂了海油人艰苦奋斗、爱岗敬业的高尚品德，唱响了“我为祖国献石油”的豪迈战歌，书写了一部开发壮丽诗篇。
科技科普厅
科技科普厅，面积3970平方米，分为地球家园、油气的奥秘、海上油气勘探、海上油气钻完井、海上油气工程建设、海上油气开发生产、海上油气生产安全环保、油气与人类的密切关系、中国海洋石油工业科技的未来等九个展区，较为全面地介绍了中国海油各产业板块的科技发展状况以及取得的成绩。
