序厅
以青铜人首鸟身像为主体标志性雕塑，辅以大型铜质浮雕背屏,旨在揭示陈列之内容主题——“人与神”，表征古蜀先民的精神追求，寄意人类海阔天空的前景与美好未来。
一展厅：铜铸幻面 寄载魂灵——奇秘面具
以纵目面具为代表的青铜面具群，是三星堆文物中最有特色同时最具精神文化内涵的文物之一，它们是中国时代最早和出土规模最大的面具群体。本厅为青铜面具专厅，重点展示纵目面具、戴冠纵目面具和特大型面具，一大批人面具与兽面具则如众星拱月，列队布阵，围聚主体展品，带有面具意味的一批奇形怪状的眼形器亦安置此间，由此塑造本厅恢弘的气势与神秘的氛围。
二展厅：赫赫诸神 森森群巫——神巫群像
在基本不具备偶像崇拜传统的中国上古时代，三星堆出土的一大批青铜人物造像可谓绝世精品，它们既是神灵的象征，又是人间统治集团的代表。本厅以两侧林立之高大立屏展柜烘托中心展柜之形式，构成具有“神道”纵深意味的多层次递进空间，旨在使青铜偶像群得到更为充分的展现。此厅之“群像”与前厅之“面具”亦可形成彼此呼应，交相映照之势。
三展厅：皇天后土 人神共舞——祭祀大典
“国之大事，在祀与戎”，祭祀是上古社会最重大的事件，颇足以说明先民们的意识形态。本厅依据三星堆文物重器“神坛”和众多人物造像之原型，借助古蜀时代成都羊子山祭台的考古实例，构筑古礼演绎祭祀大典模拟场景：高大的祭台、巍峨的神坛、拜祭的人群、天幕的火光，这一切，旨在表达“天人合一”这种人类渴望与自然和谐相处的精神追求，由此揭示古蜀先民浓郁的生命意识和博大的宇宙情怀。
四展厅：矗立凡间 沟通天地——群巫之长
青铜大立人是三星堆文物中又一件举世瞩目的重器，其身份当是精神领袖兼世俗领袖。为大立人设置专厅，意在彰显其无比尊严与无比珍贵。此厅作为大立人陪衬的是另一件重器“兽面冠人像”，其造型特别是手势与大立人如出一辙，颇可相互参照。在此厅中，还聚集了三星堆青铜人物造型中的多件全身人物造像，其与“面具”和“人头像”各据一方，三足鼎立，由此构成一楼展览之文物特色。
五展厅：千载蜀魂——奇绝的宗庙神器
本厅位于二楼，荟萃了三星堆文物中颇具神秘意味的10件（组）典型器物。这些神器造型奇特，制作精良，内涵丰厚，多为当时宗庙中的常设重器，用于朝拜天地、礼敬百神、通灵镇邪等，因宗庙重器非常人所能得见，故谓之“秘宝”。透过这些光怪陆离、奇妙诡谲的青铜造型，人们可窥见古蜀先民精神世界之一斑，领略古代造型艺术的无穷魅力。
六展厅：心路历程——三星堆考古录
本厅位于三楼，其内容由三部分组成：一是讲述“三星堆发现故事”，主要以“老照片”图说方式简要介绍半个多世纪以来三星堆发现与发掘的心路历程。二是集中介绍一些有关三星堆的“千古之谜”，使陈列留下有余不尽之悬念；对观众而言，亦有“猜谜”之意。三是特设数字博物馆与小型放映厅，使展览体现出现代感及高科技含量。此部空间具有一定的参与互动及娱乐休闲性。
