อาคาร 1 ชั้นล่าง - จัดแสดงอารยธรรมอีสานตอนบน เป็นเรื่องราวของสมัยก่อนประวัติศาสตร์ แสดงถึงสังคมในอดีต - โบราณวัตถุ วัฒนธรรมทวารวดีในอีสาน มีใบเสมาชิ้นเยี่ยมสลักเป็นภาพพิมพาพิลาป และลวดลายปูนปั้นจากโบราณสถานหลายแห่ง - ประวัติเมืองขอนแก่น มีไดโนเสาร์ เครื่องดนตรีและโบราณวัตถุที่ได้จากการขุดแต่งที่กู่แก้ว อำเภอเมือง จังหวัดขอนแก่น เฮือนอีสาน และของใช้บางอย่างของอดีตเจ้าเมือง - ศิลปะพื้นบ้านในอีสานตอนบน มีธรรมาสน์ ธาตุไม้ การปั้นหม้อและเครื่องมือเครื่องใช้ในการทำมาหากิน ฯลฯ อาคาร 1 ชั้นบน - จัดแสดงเกี่ยวกับพระพิมพ์ทวารวดีและรูปเคารพอีสานสมัยลพบุรี ฯลฯ - พระพุทธรูปสมัยต่างๆ ในประเทศไทย สมัยล้านนา สุโขทัย ล้านช้าง อยุธยา รัตนโกสินทร์ ฯลฯ อาคารจัดแสดงใบเสมา เป็นอาคารเปิดโล่ง จัดแสดงใบเสมาขนาดต่างๆ และจารึกที่ได้มาจากอีสานตอนบน อาคาร 2 ชั้นล่าง เป็นห้องจัดแสดงนิทรรศการพิเศษ และห้องประชุม