В фондах музея находится почти 55 тыс. единиц хранения. Его общая площадь – около 10 тыс. кв. метров.
В главном помещении размещены многочисленные аквариумы с представителями подводной фауны. Здесь можно познакомится с богатой коллекцией раковин и кораллов. «Изюминкой» является самый большой в России скелет кашалота.
Около набережной пришвартовано исследовательское судно «Витязь». Этот корабль прошел под флагом Академии наук СССР почти 800 тыс. миль. Считается, что на его борту родилась советская океанография.
Рядом с «Витязем» стоит подлодка Б-413, корабль связи «Космонавт Виктор Пацаев» и траулер СРТ-129. Все они открыты для посетителей.
Среди особо ценных экспонатов музея личные вещи адмирала Макарова, материалы экспедиции Папанина, судно XIX века, подводные аппараты «Пайтис-VII» и «Тетис».