Експозиція музею «Чорнобиль» розповідає про найбільшу в історії атомної енергетики катастрофу — аварію на четвертому енергоблоці Чорнобильської атомної електростанції у квітні 1986 року. У музеї зібрано близько 7000 експонатів — розсекречені документи, карти, фотографії, предмети етнічної культури, особисті речі учасників ліквідації аварії.

Відкриття музею Чорнобиля відбулося 26 квітня 1992 року, і було приурочено до 5-ї річниці аварії. Експозиція музею в сучасному обсязі з'явилася не відразу, а збиралося поступово у зв'язку з тим, що інформація про аварію, її причини та наслідки була засекречена, а учасники події не могли говорити правду. Багато чого з того, що представлено в музеї, було опубліковано вперше — документи, карти з грифом «Секретно», фотографії.
Над входом до музею відвідувачів зустрічають слова «Est dolendi modus, non est timendi» (Є межа у смутку, але не має його тривоги). Далі відвідувачі бачать шлагбаум із тривожно миготливими вогниками, він відкриває вхід на чорнобильську дорогу. Символічна Чорнобильська дорога це сходи, що ведуть до головного залу музею, вздовж яких над головами відвідувачів висять дорожні покажчики з назвами 76 міст та сіл України із зони відселення, які стерті з лиця землі радіацією.
З Чорнобильської дороги відвідувачі потрапляють до першого залу експозиції, підлога у ньому зроблена у вигляді плити біологічного захисту головного реакторного залу. У центрі зали встановлено іконостас, фрагменти якого були привезені науковими співробітниками музею з Воскресенського храму відчуження, що знаходиться в Зоні. Під покровом іконостасу замість купелі гойдається поліський човен — символ Ноєвого ковчега, а в ньому дитячі іграшки, залишені відвідувачами музею. Поряд з іконостасом стоять 3 фігури ліквідаторів у захисних костюмах та респіраторах. Над іконостасом розпростерли свої крила два ангели: білий і чорний, добро і зло. Під крилами білого ангела, ніби під його захистом, — портрети дітей, що народилися після катастрофи, на крилах чорного — фотографії з найновішої історії останніх 70 років. Стеля зали виконана у вигляді символічної карти світу, на якій тривожними вогниками блимають атомні електростанції, розташовані на всіх континентах Землі. На стінах зали виставка соціальних плакатів, присвячених ядерній тематиці.
У музеї можна переглянути унікальні відеоматеріали про катастрофу та її наслідки, побачити макет енергоблоку ЧАЕС, що діє, працюючу трифазову діораму «Чорнобильська АЕС до, під час і після аварії» — показано як стався вибух, руйнування атомної станції в його слідстві, та спорудження саркофага над зруйнованим блоком.

Експозиція залів музею розповідає про героїчну та самовіддану роботу людей багатьох професій — цивільних та військових фахівців з ліквідації наслідків Чорнобильської аварії. У 98 році в музеї з'явилася електронна книга пам'яті учасників ліквідації аварії з більш ніж 5 тис. іменами ліквідаторів.

За роки існування музею Чорнобиля його завітали представники понад 80 країн світу. Серед них Президенти нашої та інших країн, Місія ООН на чолі з Генеральним секретарем Кофі Аннаном, Президент ОБСЄ Адріан Северін та інші.