第一展厅“奇妙之光”展示面积660平方米，以青色为主色调，共有35个展项，四个展区，分别展现了光传播的基本规律、光的颜色、光的各种成像规律和人眼感光等光学基本原理。
第二展厅“千年光辉”展示面积1035㎡，共设有五大展区，38个展项。主色调为蓝色，象征着历史的长河源远流长,同时寓意着从古至今的光学家们在波涛汹涌的大海中历经千年艰辛，却毅然坚持正确的航向。展厅主要讲述了过去几千年间人类对光的认知及对光的利用。通过光学发展历程中的史实，让大家感受人类在科学进程中的探索精神和光学成就。
第三展厅“神州光华”展示面积为448平方米，设有33个展项，主色调为金黄色，象征着神州大地，锦绣河山，成就辉煌，硕果累累的丰收景象。展项以自主研究的光学成果为代表，主要展示建国以来我国光学方面的发展成就。
第四展厅，展示面积567平方米，共设有四个展区，29个展项，主色调为紫色。本展厅通过对经典实验的演示及原理介绍，使参观者了解光是电磁波以及光的波粒二象性等知识。
第五展厅“光的时代”展示面积665平方米，主色调为橙色。共有7个展区，34个展项。通过对光学重要技术的体验，了解光学技术的应用和发展，感受到光学技术给人类带来的进步。
第六展厅“光彩世界”展示面积1024平方米，共57个展项，通过展示各种光学综合技术的应用，介绍光在工业、农业、交通运输、医学与生命、航空航天、军事与安全等领域发挥的作用，让参观者体会光作为信息载体和能量载体的现实意义。
第七展厅“光的未来”展示面积442平方米，共13个展项，主色调为绿色，象征未来光学事业的盎然生机。展厅包括能源之光、信息之光、生命之光和光之畅想四个主题，以及一场为各位精心准备的、极具视觉冲击感的大型媒体秀。旨在介绍现代光学前沿技术，展现光学技术为人类创造的美好愿景。
以王大珩院士之名命名的光学图书馆，结合新颖的现代化手段，提供尽可能全面的光学书籍目录检索服务，存储光学各方向和各领域的相关书籍及信息，并且实现文献查询及电子阅读。
光学实验室是具有光学专业特色的科技文化实验室，可容纳所有理科专业的基础性光学实验，现有实验设备及仪器性能卓越，能够为学生提供良好的实验环境，供各类光学爱好者进行动手实验，了解光学知识使用。光学实验室主要承担大学物理实验、高级中学光学物理实验、中小学光学实验，同时也可容纳社会性人才进行基础光学实验。
