龙华烈士纪念馆展陈面积约6000平方米，分为上下两层，展现长度1300米，基本陈列《英雄壮歌》--上海英烈纪念展，共分为“序厅（照亮信仰的殿堂）”“信仰的召唤”“使命的执着”“信念的坚守”“民族的脊梁”“胜利的奋争”“时代的先锋”“尾厅（仰望）”8个部分。展览以“创新发展”为总体要求，紧扣“英雄之城孕育英雄，英雄精神激励后人”主题，本着“以史叙事、以事带人、以人见精神”的布展理念，使用照片1500余张、实物400余件、油画、国画、螺钿、铜版、漆堆、玻璃刻画等各种艺术品百余件，并辅以多种先进的陈展技术，集中展示了256位英雄人物的生平事迹。

为了深入展陈英烈英雄事迹创作团队通过故事来呈现人物精神，将78条人物格言放置于展陈版面的醒目位置，还通过变换格言字体的大小来凸显重点内容。另外，展厅中放置了69块口述史屏、52块互动知识屏、29块内容扩充屏，多角度还原一个个真实的英雄。

序厅（照亮信仰的殿堂），陈列着全国首个动态雕塑多媒体音乐展项。天花板上的大屏幕中，乌云密布、闪电狰狞；在澎湃激昂的乐声中，三组分别象征“祖国至上、无私奉献、锐意创新”的雕塑，缓缓聚拢，象征着龙华精神的凝聚；精神之光冲破了黑暗统治，屏幕上，漫天的桃花吹散了乌云与闪电......

二十四烈士雕塑多媒体剧场。采用雕塑、光影、音乐、舞蹈、朗诵五维艺术的手法将龙华二十四烈士生动再现，向观众演绎英烈们由生而死，死而永生的感人故事，在纪念馆展陈上也是一次史无前例的探索。

尾厅（“仰望”）通过环形影片播放英烈和上海建设创新之城、人文之城、生态之城的成果和远景。