展館從全國20多個省區市及香港特別行政區，徵集1300多件實體文物。有人説，中國工業博物館可當之無愧的堪稱世界工業博物館，在館內有多項“工業之最”，如世界最大口徑的鑄管、最大的超高壓斷路器殼體、最大的立車橫樑鑄件、最薄的鑄件。在展館裏更有許多“中國第一” 中國第一個鑄造用機械手、第一個自主研發的館模、第一根超高壓的樣管、第一台萬能鑽床……這些與工業有關的珍貴藏品帶著時代的烙印與記憶，特別是一些關於工業的人文物件，如老式自行車、工作服、縫紉機、收音機等引發參觀者的強烈共鳴。

展館設置通史館、機床館、鑄造館、重裝館、機電館、冶金館、鐵西館七個場館，穿行于各個展館，散發著機油味、堅硬而冰冷的鐵傢夥們，在展館的各個角落靜靜訴説曾經的過往，再現了中國工業發展的軌跡和世界工業發展的歷史。