В музее — мемориальный зал, семь залов об истории Сталинградской битвы (техника, знамена, трофеи, документы, фотографии, макеты), великолепно оформленный триумфальный зал, который окружают четыре диорамы о разных эпизодах битвы. А в верхнем зале сама панорама «Разгром немецко-фашистских войск под Сталинградом» размером 16х120 метров (крупнейшее живописное полотно в России), созданная в 1948–1950 годах Студией военных художников имени Митрофана Грекова и первоначально находившаяся на Мамаевом кургане.