Федеральный статус, 300-летний возраст и коллекция, включающая более 700 000 экспонатов, позволяют этому музею считаться одним из крупнейших в мире.
Ещё в 1709 году Пётр I основал Модель-Камеру, где хранились кораблестроительные чертежи. Именно сюда потом свозились все проекты построенных кораблей. Экспозиция музея постоянно пополняется — сейчас она занимает территорию около 8 000 м². В музее работает более 300 сотрудников, 45 из которых — научные. Ежегодно музей посещает 400 000 посетителей. В его структуру входит научная библиотека и мастерские по реставрации мебели, живописи и тканей. При нём работает большая группа экспертов. Сотрудники музея занимаются экспозиционной, фондовой, просветительской и информационной работой. При музее открыто отделение научного комплектования и студия маринистов.
На сегодняшний день в военно-морском музее для осмотра открыты выставочное пространство атриума, шесть залов выставочного комплекса и шесть залов с постоянной экспозицией, в которых собраны главные экспонаты из основной части коллекции. Здесь хранится около 2 000 моделей кораблей. Общий музейный фонд составляет более 700 000 предметов.
В центральном зале находится экспозиция, посвящённая истории российского флота до 1917 года. Особый вклад в создание коллекции внесли такие путешественники, как Михаил Лазарев и Иван Крузенштерн. Их усилиями была создана удивительная коллекция флотской формы, флагов и нумизматики.
Основную часть коллекции составляют предметы корабельного быта и награды. На обозрение публики выставлено оружие императорской семьи. Посетители могут полюбоваться картинами Ивана Айвазовского и Фердинанда Перро, Алексея Боголюбова и Николаса Конди. Музей располагает огромным количеством экспонатов, связанных с мужеством и храбростью воинов-защитников Ленинграда в годы Великой Отечественной войны.
В 2013 году музей переехал из бывшей Фондовой биржи в заново отремонтированный комплекс Крюковских (Морских) казарм на площади Труда. Общая площадь комплекса составляет около 32 000 м². При его строительстве использовались последние достижения музейной индустрии.
Для гостей открыты филиалы: на «Авроре», подводной лодке «Народоволец», в Кронштадтской крепости и на берегу Ладожского озера — «Дорога жизни».