史蹟大樓劃分為地上五層，地下一層，採中國北方宮殿式外型設計，總樓地板面積一○、五九六平方公尺。本大樓以展現敘述臺灣自史前時期生活遺跡，開發臺灣過程及風貌，有系統展示臺灣歷史發展過程

一樓
史前遺址、平埔族、原住民展示室:臺灣自明朝末年，開始有大量文獻記載，在此之前都屬史前時期，據考古學家研究，在距今約5萬年至5千年的舊石器時代晚期，就開始有了人類活動的跡象。史前遺址從舊石器、新石器到金屬器時代，處處有先民活動遺址，為讓觀眾如臨現場，特別製作相關模型與圖表，以一窺臺灣人生命歷史的長河。 
　　進入歷史時代，臺灣島上逐漸形成漢人移墾的社會，分佈在西海岸的原住民各社，其生活方式、風俗習慣，漸受到漢人同化，而被稱為平埔族。而分布各山區的原住民，有泰雅族等14族，依其文化、組織而成為各個不同的族群，透過古地圖、新舊照片等，來呈現這段時期的演變、各族的分布及其文化特色。

二樓
荷西、鄭氏王朝時期展示室: 臺灣島因位於海洋樞紐的位置，在17世紀開啟了東、西方不同勢力的進駐，而與本島原住民，互相激盪出璀燦的海洋文化。 
荷蘭西班牙入侵 
　　17世紀初，歐洲新興海權國家荷蘭，於明萬曆32年（西元1604年）佔據澎湖，經明朝政府派都司沈有容帶兵交涉、經濟封鎖而退回爪哇；之後荷蘭人又於明天啟4年（西元1624年）佔據臺灣，分別建築熱蘭遮城（今安平古堡）及普羅民遮城（今赤崁樓），開啟了西方對臺灣的經略。兩年後(西元 1626年)，西班牙人也佔據雞籠，另在滬尾建聖多明哥城，就是今天淡水紅毛城的前身。這兩個分據臺灣島南北勢力的殖民者，難免發生利益衝突，終於在西元1642年，南部的荷蘭人把北部西班牙人勢力逐出臺灣。 
延平王國的建立 
　　永曆15年（西元1661年），延平郡王鄭成功驅荷開臺，作為反清復明根據地，首先將臺灣命名為「東都明京」，仿照中央政權制度，設承天府，下轄天興、萬年二縣，已初步展現建立延平王國的企圖。至其子鄭經繼位，更進一步改「東都明京」為「東寧」，廢承天府，而有了獨立建國的雛形。鄭氏三代，除了積極從事墾殖之外，又興建學校、培育人材，經營臺灣，奠定臺灣開發的基礎。永曆37年，即康熙22年(西元1683年)，清朝政府任用明鄭降將施琅為福建水師提督，率領大軍攻下澎湖，臺灣的鄭克塽向清朝投降，結束了延平王國21年的統治。

二樓
清領時期展示室: 康熙22年，西元1683年，清朝政府將臺灣併入大清國疆域，在這長達二百餘年的歲月裡，臺灣逐漸成為以漢人為主體的多元文化社會。 
　　臺灣在清政府統領下的第2年，正式設置臺灣府，下轄臺灣、鳳山、諸羅三縣。初期積極進行土地開發，由南而北，至康熙末年已完成重要的水利工程，奠定農業發展基礎。雍正初年，進行內山開放政策，造成閩粵移民熱潮；同治13年(西元1874年)，牡丹社事件發生，促使清廷重視臺灣事務，進行「開山撫番」政策，積極開發臺東後山地區。光緒初年，並由沈葆楨、丁日昌、劉銘傳等經營臺灣，行政區域也配合發展的腳步，隨時跟著調整，先在北部地區成立了臺北府，光緒11年(西元1885年)，臺灣建省，在中部地區新設一府，作為省會。 
　　有清一代，資源的掠奪、吏治的腐敗，官逼民反，成為清朝這外來政權統治臺灣的最大隱憂，如朱一貴事件、林爽文事件、戴潮春事件等三大民變案，就是典型的例子。而隨著土地的開發，也常引發族群間的對立，所發生的閩粵或漳泉分類械鬥，也是清代臺灣民變事件的導火線之一。 
　　另一方面，西方國家對臺灣積極進行的開港貿易、傳教事業，也使臺灣的發展愈為多元化。

二樓
特展室: 為一活動性的展示空間，每年策劃不同主題，對外徵件並配合館藏辦理展示，讓參觀民眾能深入瞭解，百年來臺灣生活的原貌與歷史軌跡。

三樓
日治－戰後時期展示室: 一場甲午戰爭、一紙馬關條約，臺灣成為日本殖民地，一直到二次大戰後，時代巨輪，又將臺灣帶往了另一個方向，臺灣人民對自己命運無從掌控，令人感嘆。 
　　光緒20年（西元1894年），清政府和日本發生「甲午戰爭」，次年，雙方簽訂馬關條約，將臺灣割讓日本，臺灣人當然不願接受這項殘酷的事實，於是在同年5月21日宣布獨立為「臺灣民主國」。6月14日，日軍輕易的攻入臺北城，民主國猶如曇花一現，日軍很快的佔領全臺灣。日治初期，臺灣人發揮了不畏強權的傳統，義勇軍化整為零，深入山區不斷作游擊式抗爭。稍後，有組織及計劃的抗日事件，前仆後繼。日本統治臺灣，進行殖民地政策，將臺灣視為廉價原料供應與提供消費市場之地，領臺翌年通過第六三號法律，授權臺灣總督，可以自行公佈命令、律令，以代替法律，成為打壓臺灣民眾與搜括臺灣資源的惡法。因此激發臺灣人展開非武力抗日的民族運動、社會運動，其中最受矚目的是林獻堂領導的「臺灣議會設置請願運動」及影響往後深遠的團體「臺灣文化協會」，成員大多數為知識份子與青年學生。民國34年8月，日本戰敗，無條件投降，也結束了日本在臺灣的50年統治。10月25日，在臺北舉行臺灣地區受降儀式。戰後之初，出現凌駕臺灣人頭上的新統治機關「臺灣行政長官公署」，集行政、立法、司法及軍事大權於一身，使滿懷「光復」熱情的臺灣人，開始冷卻、失望，加上其他複雜因素，終於在民國36年爆發「二二八事件」。民國38年，國民黨政府撤退到臺灣，開始進行「土地改革」，這兩件事使臺灣政治、社會發生了結構性的變化。38年5月19日起，實施戒嚴，在戒嚴體制下，使50年代以後的臺灣，充滿「白色恐怖」氣氛，直到民國76年才取消戒嚴令；長達38年的戒嚴是世界上最長的戒嚴。民國50到60年代，臺灣開始由農業社會邁向工業社會，建立以外貿為主的經濟體系，並積極推動十大建設，被國際社會譽為「經濟的奇蹟」。70年代的來臨，由於臺灣在外交上的挫敗，社會上也醞釀著政治改革的力量。68年12月「美麗島事件」發生後，幾次選舉，對黨外運動產生很大的鼓舞與肯定，瓦解了50年來一黨獨大的局面，臺灣回歸民主政治常規，意義重大。

三樓
臺灣歷史重要人物事件展示室:後人是在前人血淚耕耘的大道上向前邁進，本展示室展示在臺灣歷史上曾有重大影響的人物及事件。 
　　臺灣的開發歷史，是先人胼手胝足、篳路藍縷艱辛奮鬥的最佳生命史，為緬懷先人對臺灣的貢獻，特別將臺灣歷史上有代表性的人物於展示室中介紹。另外，臺灣的重要事件，共選擇了八個主題，涵蓋清代、日治、戰後等三個不同時空，將臺灣歷史事件作一客觀呈現。

三樓大廳
臺灣地區第一級古蹟模型展示區: 在三樓大廳，特別將內政部公告之臺閩地區第一級古蹟，配合縮小比例以模型展示，讓觀眾於方寸之間即可博覽全臺重要史蹟，目前現場展示有：臺北府城北門、鹿港龍山寺、臺南孔子廟、澎湖天后宮等，共計十八座。

四樓
中文書庫:中文書庫典藏約有三萬五千冊中文圖書，其中以臺灣史地圖書為本館館藏重點，共有一萬七千冊，全部依中國圖書分類法分類上架，提供本館人員研究使用，一般讀者可入館閱覽，但不可外借圖書。本館提供有館際合作、參考諮詢等各項服務。

四樓
辦公室: 編輯組辦公室