พิพิธภัณฑ์แห่งชาติ บ้านเชียง ได้แบ่งการจัดแสดงออกเป็นหัวข้อใหญ่ๆ ดังนี้
           1.การจัดแสดงสมัยก่อนประวัติศาสตร์ภาคตะวันออกเฉียงเหนือที่อาคารสำนักงานสลากกินแบ่งรัฐบาล
           2.การจัดแสดงสมัยก่อนประวัติศาสตร์วัฒนธรรมบ้านเชียงที่อาคารสมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนี
แบ่งการจัดแสดงตามอาคารดังนี้
1. อาคารสำนักงานสลากกินแบ่งรัฐบาล
อาคารสำนักงานสลากกินแบ่งรัฐบาล จัดแสดงสมัยก่อนประวัติศาสตร์ในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ แบ่งตามห้องจัด แสดง ดังต่อไปนี้ 
ห้องที่ 1 จัดแสดงขั้นตอนการสำรวจและขุดค้นทางโบราณคดีสมัยก่อนประวัติศาสตร์มีลำดับขั้นตอนดังนี้
1.1 การเตรียมการและการสำรวจ เริ่มตั้งแต่การจัดทำโครงการ การหาทุน การสำรวจข้อมูลเบื้องต้น หาสำรวจภาคสนาม การสัมภาษณ์บุคคลในท้องถิ่น การเก็บตัวอย่างโบราณวัตถุ เป็นต้น
1.2 เทคนิคและการขุดค้นจะถูกกำหนดขึ้นตามสภาพของแหล่งโบราณคดี การบันทึกข้อมูล ถ่ายภาพ วาดภาพ ซ่อมสงวนโบราณวัตถุ เป็นต้น 
1.3 การศึกษา วิเคราะห์และวิจัย นักโบราณคดีไม่ได้เชี่ยวชาญหมดทุกเรื่องเสมอไป จึงต้องได้รับความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญหลายด้าน เช่น นักธรณีวิทยา นักมานุษยวิทยา นักสัตววิทยา นักวิทยาศาสตร์ และผู้เชี่ยวชาญด้านอื่นๆ เมื่อผลการศึกษาเป็นที่รู้แล้ว นักโบราณคดีจะนำมาประกอบและร่วมพิจารณาตีความ ตั้งสมมุติฐานหรือสรุปต่อไป
1.4 การเสนอรายงาน ผลได้จากการสรุปข้อมูลต่างๆ ตั้งแต่เบื้องต้นจนถึงขั้นสมบูรณ์ จะต้องนำออกมาเผยแพร่ และจัดแสดงในรูปแบบต่างๆ
ห้องที่ 2  สมัยก่อนประวัติศาสตร์ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ
ด้วยความมีพื้นที่กว้างขวาง มีแม่น้ำสำคัญหลายสาย การตั้งหลักแหล่งของคนจึงกระจัดกระจายไปตามลุ่มน้ำ
ต่างๆ ดังจะเห็นว่าได้พบเครื่องมือหินกะเทาะที่เก่าแก่ที่สุดดที่จังหวัดเลย มุกดาหาร และได้พัฒนาเครื่องมือมาเป็นโลหะสำริด จากหลักฐานการขุดค้นที่บ้านโนนนกทา อ. ภูเวียง จังหวัดขอนแก่นหรือที่บ้านเชียง อำเภอหนองหาน จ. อุดรธานีทั้งสองแหล่งกำหนดอายุได้ 5000 กว่าปีมาแล้ว นับเป็นจุดเริ่มต้นของจุดสำริดในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ
ต่อมาประมาณ 2700 ปีมาแล้ว คนยุคก่อนประวัติศาสตร์เริ่มมีการนำเหล็กมาใช้เป็นเครื่องมือแทนสำริด ส่วน
เครื่องประดับยังคงนิยมทำด้วยสำริดอยู่บ้าง ช่วงระยะหลังต่อมา การตั้งถิ่นที่อยู่มักจะตั้งถิ่นฐานตามลำน้ำ ทั้งนี้อาจเป็นเพราะการขยายพื้นที่การเพาะปลูกมากขึ้นนั่นเอง การค้นพบโบราณวัตถุมักจะพบในแหล่งสกลนคร ซึ่งมีแม่น้ำสงครามและลำน้ำสาขา เป็นแหล่งสำคัญ นอกจากนี้ยังกระจายไปถึงแอ่งโคราช ซึ่งได้พบจากหลักฐานการขุดค้นที่บ้านธารปราสาท อ. โนนสูง จ. นครราชสีมา 
ห้องที่ 3 การจัดแสดงโบราณคดีก่อนประวัติศาสตร์ วัฒนธรรมบ้านเชียง จากบ้านนาดี ต. พังง ูอ. หนองหาน จ. อุดรธานี จากบ้านนาโก ต.ศรีฐาน อ. ภูกระดึง จ. เลย และจากจังหวัดหนองคาย
ห้องที่ 4 การจัดแสดงโบราณคดีก่อนประวัติศาสตร์ จากบ้านธารปราสาท อ. โนนสูง จ.นครราชสีมา
ห้องที่ 5  การจัดแสดงโบราณคดีก่อนประวัติศาสตร์ วัฒนธรรมบ้านเชียง จากหลายแหล่งในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เช่นที่ จังหวัดอุดรธานี และแหล่งโบราณคดีใกล้เคียง
2. อาคารสมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนี
อาคารสมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนี จัดแสดงสมัยก่อนประวัติศาสตร์ วัฒนธรรมบ้านเชียง แบ่งการจัดแสดงออกตามห้องดังต่อไปนี้
ห้องที่ 1  ห้องโลหะกรรม 
จัดแสดงเกี่ยวกับการขุดค้นทางโบราณคดีบ้านเชียง และเรื่องราวของการทำสำริดและเหล็ก รวมถึงแหล่งแร่โบราณตามแหล่งต่างๆด้วย
ห้องที่ 2  ห้องเครื่องปั้นดินเผา เป็นห้องที่จัดแสดงเรื่องราวเกี่ยวกับเครื่องปั้นดินเผา การกำหนดอายุลักษณะเครื่องปั้นดินเผาแบบต่างๆ ภาชนะดินเผากับประเพณีการฝังศพ ตลอดจนเทคนิคการผลิตภาชนะดินเผาที่บ้านเชียง
ห้องที่ 3  ห้องบ้านเชียง การค้นพบสำริดที่สาบสูญ เป็นนิทรรศการที่จัดขึ้นเป็นครั้งแรกที่ประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อปีพ.ศ. 2525-2529 แสดงผลการสำรวจขุดค้นและศึกษา วิจัย หลักฐานทางโบราณคดี ที่ได้จาการขุดค้นร่วมกันระหว่างกรมศิลปากรและมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา ที่บ้านเชียง เมื่อปีพ.ศ. 2517-2518
ห้องที่ 4  ห้องบ้านเชียงวันนี้ เป็นการรวบรวมข้อมูลและวัตถุพื้นบ้านของชาวบ้านเชียงในปัจจุบัน ซึ่งมีบรรพบุรุษเป็นชาวพวน มาจากเมืองเชียงขวาง ประเทศลาว มาตั้งถิ่นฐานที่บ้านเชียงตั้งแต่ต้นกรุงรัตนโกสินทร์หรือเมื่อประมาณ 200ปีมาแล้วซึ่งเดิมมีอาชีพเกษตรกรรมเป็นหลัก แต่เมื่อมีการขุดพบโบราณคดีที่บ้านเชียง สังคมและการดำรงชีวิตส่วนหนึ่งได้เปลี่ยนแปลงไป

แหล่งขุดค้นทางโบราณคดีวัดโพธิ์ศรีใน

แหล่งโบราณคดีวัดโพธิ์ศรีใน ห่างจากพิพิธภัณฑ์สถานแห่งชาติ บ้านเชียงไปทางทิศตะวันออกประมาณ 500 
 เมตร เป็น1ในหลายแห่งที่ขุดค้นทางโบราณคดีที่บ้านเชียง แหล่งนี้ได้ขุดค้นเมื่อปีพ.ศ.2515 เป็นหลุมขุดค้นที่จัดอยู่สมัยปลายของวัฒนธรรมบ้านเชียง มีอายุระหว่าง 2300-1800 ปีมาแล้ว สมัยนี้ภาชนะดินเผาจะเขียนลายพื้นสีแดงบนลายสีนวลเขียนลายสีแดงบนพื้นสีแดง และฉาบด้วยน้ำดินสีแดงแล้วขัดมัน ส่วนด้านโลหะกรรม ยุคนี้รู้จักการนำเหล็กมาใช้ได้แล้ว ส่วนสำริดถึงแม้จะพบทำเป็นเครื่องใช้น้อยลง แต่ยังคงทำเป็นเครื่องประดับที่พัฒนาด้านความประณีต และสวยงามมากกว่าทุกสมัย

บ้านไทพวน
บ้านไทพวน อยู่ห่างจากพิพิธภัณฑ์สถานแห่งชาติ บ้านเชียงไปทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ประมาณ 700 เมตร เดิม
เป็นบ้านของนายพจน์ มนตรีพิทักษ์ มอบให้กรมศิลปากร เนื่องจากพื้นที่แห่งนี้เป็นโบราณสถาน และได้มีการขุดค้นตาม หลักวิชาการทางโบราณคดี ได้พบโบราณวัตถุเป็นจำนวนมาก เมื่อวันที่ 20 มีนาคม 2515 พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวและ สมเด็จพระนางเจ้าพระบรมราชินีนาถได้เสด็จมาเยือนแหล่งโบราณคดีนี้ ทั้งสองพระองค์ได้เสด็จประทับบนบ้านหลังนี้ ได้ทรงถามทุกข์-สุข ของนายพจน์ มนตรีพิทักษ์ และครอบครัว ทรงถามถึงชีวิตความเป็นอยู่แบบ "คนไทพวน" เช่น กินอยู่ อย่างไร ห้องครัวทำอย่างไร ห้องน้ำใช้อย่างไร สวนครัวปลูกอะไรบ้าง จนทำให้ นายพจน์ มนตรีพิทักษ์ซาบซึ้งใน พระมหากรุณาธิคุณ ต่อมาจึงได้มอบบ้านและที่ดินหลังนี้ ให้กรมศิลปากรเป็นผู้อนุรักษ์เอาไว้ให้อนุชนรุ่นหลังได้ศึกษา เนื่องจาก บริเวณแห่งนี้มีเนื้อที่ค่อนข้างคับแคบ ไม่สะดวก ต่อมาผู้มาเยือน นางนิภาภรณ์ กลางพรหม จึงได้มอบที่ดินที่อยู่ติดกันให้ แก่กรมศิลปากรมีเนื้อที่ประมาณ 41 ตารางวา รวมกับพื้นที่ทั้งหมดได้ประมาณ 275 ตารางวา ปัจจุบันอยู่ในความรับผิด ชอบ  ของพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ บ้านเชียง กำลังจะพัฒนาการจัดแสดงวัฒนธรรม " แบบไทพวน " ไว้ในอาคารดังกล่าว บริเวณบ้านไทพวนจะปลูกต้นไม้ พืชผักสวนครัว รั้วบ้าน กินได้ ให้เข้ากับวิถีชีวิตแบบท้องถิ่น ไทพวน