博物馆建于1991年7月1日，现有鲸类、鱼类、贝类、海藻类、虾蟹类、棘皮动物、腔肠动物以及其它水生动物等9间陈列室，共陈列水生生物标本近3000千种。这些标本按分类系统陈列，整齐美观，既有科学性和学术性， 以富知识性和趣味性，具有 较高的教学、科研和观赏价值，也是进行科普教育的轩地。 为了纪念海洋科学前辈 张玺教授，1997年2月增设了张玺教授纪念厅。
在贝类陈列室陈列了贝类标本近千种，有形态奇特、色彩艳丽的宝贝、芋螺、玉螺、榧螺、竖琴螺、骨螺、扇贝、日月贝、珍珠贝、海菊蛤、锉蛤、鹦鹉螺和船蛸等。有采自西沙、南沙群岛的大砗磲、唐冠螺、水字螺、蜘蛛螺，有黄、渤海产的紫石房蛤、沙海螂、大沽海笋、皱纹盘鲍和香螺，有支南滇池的螺、洞庭湖的蚌类，这些贝 类都惹人喜爱，使参观者流连忘返。许多贝类是人们所喜欢的食品，如田螺、泥蚶、 贻贝、牡蛎、蛤仔、乌贼、章鱼等。在海味中，鲍鱼、江珧、西施舌等都是名贵的珍 品。不少贝类可做医药材料，例如鲍壳在中药里称石决明，乌贼的内壳称海螵蛸，用珍珠贝的壳可制成珍珠粉，从蛤 、牡蛎、乌贼中可提取抗病症和抑制肿瘤的药物。有许多贝类可做农肥和饲料，或用来烧壳灰供建筑用。但是也有少数贝类对人类有害，如淡蛆、海笋能凿石，对港湾建筑物和木船等危害很大。藻类为低等植物，因它进行孢子繁殖，一般称它为孢子植物，在海洋底栖的大型藻类又通称为底栖海藻，有似牡丹花的蛎菜，有呈喇叭状的喇叭藻，有分枝成金字塔形的羽毛藻等，不胜枚举。海藻有鲜艳美丽的色彩，如呈紫红色的蜈蚣藻、红毛藻、紫菜、粉枝藻、海萝，有绿色的礁膜、石莼、浒苔等。有些海藻可净化水质，充作海洋动物的饲料。有些海藻如紫菜、海带、裙带菜、麒鳞菜、浒苔等，是人们喜爱的食品。海藻含有丰富的防治甲状腺肿大，鹧鸪菜为驱除蛔虫的良药，马列尾藻可用于消瘿散肿、如琼脂、卡拉胶、褐藻胶等，可作食品店品、医药、化妆器、纺织、油漆、酿酒等工业原料。
虾和蟹同属于节肢动物门甲壳纲十足目，绝大多数生活在海洋，少数栖息在淡水和陆地，它们是重要的养殖和捕捞对象。在陈列室400余种虾蟹中，有对虾 、新对虾、鹰爪虾、仿对虾、毛虾、青虾、米虾、扇虾、扁虾、螯虾、喇蛄、蝼蛄、梭子蟹、青蟹、蜘蛛蟹、馒头蟹、关公蟹、黎明蟹以及与虾近似的甲壳类如虾蛄等。引人注目的锦绣龙虾，体长60厘米，重4公斤，堪称虾蟹类的“巨人”。而小型的鼓虾，体长还不到10毫米。虾蟹类有共栖现象，如水母虾成群隐藏在水母伞下口腕之间，豆蟹经常与水母、海葵、海绵、牡蛎等共栖。在虾蟹的身上都有鲜艳的色彩，这是由于它们甲壳下面的真皮层中，散布着红、黄、蓝、绿、棕、白、黑等种种色素细胞的缘故，不同的色素颗料在色素细胞中扩散与集中，它们身体就呈现不同的色彩。
鱼类自古就是人们喜好的水产品。本馆拥有900多种鱼类标本，采自全国沿海和内陆水域，其中包括鲜明艳丽的珊瑚礁鱼类，如蝴蝶鱼、鲱鲤、裸胸鳝、鰃、天竺鲷、笛鲷等。有能发电的电鳐；燕鳐会跃出水面，伸展胸鳍在空中滑翔；弹涂鱼善于跳跃。年产量居海水鱼类之冠的带鱼，它白天下降到深层，夜间上升近表层。鮣鱼在头部有吸盘，能吸于大型鲨鱼、海兽或船底，遨游于世界各海洋。海龙体型细长如龙，海马吻长似马。鲽与鳎的两只眼长在头的右侧，鲆与舌鳎一对眼睛却生在左侧。更有披甲的箱鲀他和带刺的刺鲀，雄纠纠像个勇士。淡水产的青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼、鳊鱼、鲮鱼是我国传统的饲养鱼，鲈鱼、石斑鱼、鲷类是近年来发展养殖的海水鱼。
博物馆还陈列了来自我国西沙、中沙和南沙群岛的瑚珊，全国沿海的海星、海胆、海鳃、海葵、海绵、海鞘、沙蚕、星虫和淡水产的蛙类、龟鳖类等。有些是珍稀的水生生物，如中华鲟、白鲟、线银鲛、胭脂鱼、锦绣龙虾、大珠母贝、同心蛤、鹦鹉螺、白氏文昌鱼、崇安髭蟾、大鲵、宽吻海豚非洲鳄和伞藻等，还有两个头的鲨鱼怪胎。另有来自美洲的红鲍、绿鲍、巨藻，越南的黄喉水龟，日本的虾夷扇贝、海鞘，南极的丰年虫、燐虾，菲律宾、泰国和印度尼西亚的贝类等。
博物馆自成立以来，先后接待了东欧、北美、澳洲、非洲、日本和东南亚各国及国内的专家、学者、学生和广大群众参观，为学术交流和普及水生生物知识发挥了重要的作用。
