南京城墙博物馆展陈区域包括博物馆负一层和一层，负一层为南京城墙基本陈列展览和特展厅，一层包括开放式展区和配套区域。总展览面积约8700㎡，其中室内基本展陈面积近4000㎡。

基本陈列以时间为脉络，以南京城墙的修建历程与建筑工艺、城墙规模与结构、城市生活与军事防御为主线，带领观众了解城墙在历史中的演变、见证的历史事件，以及近代以来的功能演变、作为文化遗产的保护和利用等。

博物馆形体设计，从对街相望的中华门“搬”来了斜坡马道和平台，两大元素转化为博物馆西侧三段反向攀升、长四五十米的坡道，连接起高低错动的观景平台，形成近城低、远城高的自然态势，城墙博物馆如同古城墙脚下一个半透明的城市客厅。博物馆的互动空间不仅局限于展厅内，在博物馆外，西侧绿地自由散布有城墙相关诗文、登顶坡道沿线分布有城墙重要数字信息铜版、顶面观景平台设有京城城墙轮廓，都丰富了博物馆馆外的信息，激发游客探索城墙的兴趣，打造可参与的博物馆。

文物列阵，让展品发声

城砖是南京城墙的建材中数量最大的一项，也是南京城墙独特的文化标签，自然也是南京城墙博物馆中重要的展品。为了展现城砖的独特价值，南京城墙博物馆设有专门展示城砖的展厅，近700块城砖列阵排开，为观众带来一场以城砖为主角的视觉盛宴。观众置身城砖阵列前，不仅可以了解南京城墙砖的多元历史文化信息，也能够直观感受到明代制砖工艺之精巧、筑城工程之宏大。

除了城砖，2000余件种类多样的新征文物藏品，也为南京城墙博物馆的展陈与研究打下坚实基础，其中许多文物存世无多，十分珍贵，更有数件孤品，尤为珍稀。

元末明初，火器已普遍应用于军事作战，为了适应这一新变化，城墙墙体必须加高加厚，同时采用条石、大砖进行包砌，这对建造中的南京城墙产生了很大的影响。种类多样的金属火器以及配套的炮弹、火药药匙等，生动展示南京城墙的军事防御功能。