博物馆位于南海之滨，依地势而建，总建筑面积70593平方米，共有南北两区。南区是主要的展览区域，有8个室内展厅和一个室外展廊，并设文创销售区、公共服务区、接待区；北区有2个展厅，并设多功能厅、会议报告厅、接待厅、文创销售区和观众餐厅。馆内现有各类藏品7万多件，包括外销文物、南海生物标本、南海历史文物及相关档案资料、历代船模等。为支持中国（海南）南海博物馆建设，国家文物局将22件文物艺术品划拨该馆收藏。

20世纪80年代，中国水下考古工作者先后在中国沿海地区开展了一系列水下考古工作。90年代国家文物部门组织实施西沙群岛文物普查和水下考古调查，发现一批古代沉船遗址和水下文化遗存，出水了大量陶瓷器、历代铜钱及石雕制品等遗物。21世纪初，在南海海域对宋代“南海Ⅰ号”“华光礁Ⅰ号”和明代“南澳Ⅰ号”等沉船开展水下考古发掘和文化遗产保护工作，出水了十分丰富的文物，取得了重大成果。本次展览重点展示了中国水下考古发展历程及在南海海域的主要水下考古成果。

中国（海南）南海博物馆负责人辛礼学说，博物馆将紧扣“一带一路”倡议，切实做好有关文物研究、展览、交流合作、水下考古等方面工作，做好传播南海文化的轻骑兵，讲好老船长口中代代流传的南海故事。