El museo comprende dos plantas visitables y una terraza panorámica desde la que contemplar las vistas de Sevilla y su río.

En la planta baja se muestra la historia de la Torre del Oro, desde su construcción hasta el fin de la Carrera de Indias con el traslado de la Casa de Contratación de Sevilla a Cádiz. Una de las principales piezas es el modelo del Real Fernando, primer barco de vapor construido en España. Este navío, que realizó su primer viaje desde Sevilla a Sanlúcar en 1817, llevó a su exilio al general Espartero en 1843. Destaca también la copia del grabado de Johannes Janssonius de la Sevilla de 1617, cuyo original se conserva en el Museo Naval de Madrid.

En la primera planta nos encontramos con una exposición que se inicia en los albores de la Armada con referencias a las marinas de Castilla y Aragón, llegando hasta la Armada de nuestros días, pasando por las etapas de los descubrimientos, poder naval, la crisis y la Marina Científica. Entre otros fondos se pueden ver cartas náuticas e instrumentos de navegación de distintas épocas.