从国家广场入口（Mall Entrance）进入圆形大厅到达一层，在大厅中央展出的是一头非洲象的标本。进门的左边就是一个信息中心，穿过圆形大厅就是IMAX影院的售票处，可以在这里花1美元可以拿到一份博物馆分层导览图，在旁边的IMAX影片售票处可以查询到播放时间，如果对影片感兴趣，不妨先买票，根据电影放映时间为基准来安排和调整参观展厅的时间。从信息中心（一进门方向）向左就是哺乳动物标本展馆（Mammals Hall）。一踏入展厅，左上方就能够看到一只猛虎扑食的壮观景象，这一展厅展示的琳琅满目的标本一定会激发你对这个博物馆的兴趣。这里不仅充满了小巧可爱并且想让人放在手心上的小型哺乳动物，更不乏凶猛威风的大型食肉动物。此外，标本的每一个展览系统都是按照其栖息地进行分类展览的，非洲有非洲的面貌，澳大利亚有澳大利亚的风情。不仅有栖息在沙漠上的小伙伴们，还有长颈鹿、斑马、河马齐刷刷喝水的景象；不仅有北极的生物链，更有雨林中的神秘动物探索。许多鲜见的哺乳类动物在这里都能够看到。大家可以根据自己的兴趣多做停留，橱窗前会有展板对每一个在展标本进行详细地介绍，因为是哺乳类主体馆，馆中还对如何分辨哺乳类动物进行了科普。
顺着这个展馆一直往前走就能来到与之相连接着的人类起源（Human Origins）展馆。在本馆可以看到对于人类起源的研究。这里有一块实时人口数据统计数字电子版，世界人口分布地图和一面有趣的包含不同种族人类头骨的展示墙。走出这个馆，就会来到海洋大厅。这个大厅里，最引人注目的就是在大厅上方展出的露脊鲸了。
在大厅的右手边依次是早期生命馆（Early Life）、恐龙馆（Dinosaurs）、早期海洋馆（Ancient Seas）、冰河世纪馆（Ice Age）、非洲之声馆（African Voices）。目前，早期海洋馆、冰河世纪馆都在翻修，暂时不对游客开放。具体重新开放时间，请查询官方网站。
位于海洋大厅馆和哺乳动物馆之间的黄色区域是特展区，目前正在展出的是国家地理评选的年度经典动物照片，放大的LED灯显示的图片清晰且震撼。这里可以选择从海洋大厅参观完后回圆形大厅进入参观，也可以选择在参观哺乳动物馆的途中折转进来参观。
从海洋大厅出来可以乘坐电梯或者走楼梯来到二层，这里是IMAX影院的出口，入口在一层海洋大厅旁边。二层展出的有希望钻石、宝石、特别展览目前展出的是人类基因解密、蝴蝶馆，可以按照这个顺序参观，也可以自己根据喜欢选择进入其中之一参观。出了宝石区域，其他每一个分馆都不是完全相互通达，所以参观完毕之后，需要回入馆的走廊。
从二层特展部分可以直接下到地下层的宪法大道出入口，或者从任意楼梯或电梯来到地下层。这里有礼品商店和餐厅。不要忘记在宪法大道出入口处可以看到著名的摩艾石像。至此，参观就基本可以圆满落幕了。可以选择回到一层的入口处出去，也可以从宪法大道的出口出馆。
