兰州地震博物馆兴建在一座长达400米的大型人防山洞里。它是目前我国规模最大，收集、陈列、研究、宣传地震史料和地震知识最丰富的首家地震专业博物馆。博物馆主体展厅灯光迷离、神秘莫测；展馆门口是一条古地震断裂带，断层面清晰可见，十分壮观。
整个博物馆分为6个分馆：有地震知识壁画馆、实物史料馆、地震泥塑馆、地震仪器馆、音像馆和地震字画馆。壁画馆设在主洞道，壁画长104米，高1.3米，上面绘制了383个真实的地震故事，囊括古今中外1000多个人物。实物史料馆陈列着300多件地震文物和史料。地震泥塑馆以“报马送信”、“夜守孤灯”、“斩断恋情”等8组泥塑，再现了公元138年张衡地动仪测出的兰州地震时的情况。字画馆收藏有许多与地震有关的题字和画卷。
藏品中，有许多国内外罕见的地震文物和史料，如万年以前地震生成物－固化沙柱和碳化断层泥珍品，固原大地震铜币“沙板”，我国第一张地震烈度图－清代山西平陆大地震后钦差大臣手绘地震烈度御览图，宋代“天下地震第一碑”文献碑刻等。