上海历史博物馆的展览体系由基本陈列、专题陈列和临展构成。基本陈列位于东楼，由《古代上海》和《近代上海》组成。一楼为“序厅”，二楼为《古代上海》，三楼、四楼为《近代上海》和“尾厅”。同时，专题陈列和临展位于东楼一层南厅和西楼一至三层。

除此之外，场馆结合其建筑特点，遵循“以城市史为脉络，以革命史为重点”的原则，全面梳理上海历史脉络，展现城市发展各个历史时期的重要节点和重大革命历史事件。