该馆占地130余亩,建筑面积8200平方米。整个建筑采用轴线对称传统手法,分地上地下两部分。
地上前半部分为汉白玉仿汉门阙,上部装饰以朱雀。馆表在院中西侧,汉白玉雕,上有夏鼐先生亲书贴金大字“洛阳古墓博物馆”。大殿为全馆的序幕厅,为仿汉五脊重檐歇山式。殿中置“洛阳历史墓葬分布图”模型于玻璃柜中。前院东西厢院及临街房为陈列丧葬习俗、东周前古墓模型及接待办公场所。各厅之间有道路沟通,厅院广植花木,整个馆气势宏大,又清静幽雅。
后部地下部分为“回”型墓区。四角设四厅,东南角两汉厅饰瓷砖壁画升仙图,东北角魏晋厅饰竹林七贤图,西北角唐宋厅饰以唐乐舞壁画,西南角综合厅饰瓷砖壁画邙山晚眺。各厅均有出土文物、墓葬沿革、特点、构造等陈列。东为两汉墓,北为魏晋墓,西为唐宋墓,南为精品墓区。
这23座古墓具有历史性、艺术性、保存完整、吸引力强的特点。
西汉傩戏图壁画墓反映了西汉人死后尸体入圹前,必须把墓穴内的邪鬼驱出,以便主人灵魂升天的情景。墓壁上还绘有一些历史故事和神话故事。墓门内门额上浮雕一个绵羊头,象征吉祥。画面上有一虎,正张口吞噬女性的肩膀。女性叫“旱魃”,是一个专门制造旱灾的恶鬼。这幅画是“伏魔降吉祥”之意,名叫“神虎吃女魃图”。墓顶平脊下有天象图,绘日月星宿。隔梁上绘有“孔子师项橐”和“二桃杀三士”等故事。主室后壁绘一幅历史故事“鸿门宴”(一说是傩戏图的一部分)。
卜千秋壁画墓因墓主印章而得名,是座空心砖壁画墓。画的内容是卜千秋夫妇乘蛇(小龙)和三头凤在西王母的伎节仙翁(方士)、仙女和龙、枭牛、朱雀、白虎等神兽的护卫下,在空中飞的情景。金谷园壁画墓是一座王莽时期的贵族砖室墓。墓室共绘16幅壁画,主要是神化的天和传说中的人物。画面按“阴阳五行”布局,是“天人感应论”的反映,具有很高的艺术价值。东汉出行图壁画墓用磨光大砖砌成,规模如生前窑洞。壁画内容表现了墓主人生前出行的宏大场面,有车骑100多乘。曹魏正始八年墓,是魏晋南北朝时期发现的唯一一座纪年墓。西晋裴祗墓埋葬裴祗老少三代4口人,出土有小型墓志,涉及到重大历史事件“八王之乱”,具有较高的史料价值;北魏常山王元墓出土的墓志涉及“河阴之役”重大历史事件。唐代安菩夫妇墓,出土100多件唐三彩,是三彩中的精华。宋代墓四座,多是仿木结构,八角形,雕梁画栋,色彩鲜丽,还有不少栩栩如生的人物砖雕。