Ekspozycja Muzeum Czarnobyla opowiada o największej katastrofie w historii energetyki jądrowej - awarii czwartego bloku elektrowni jądrowej w Czarnobylu w kwietniu 1986 roku. Muzeum zgromadziło około 7000 eksponatów – są to odtajnione dokumenty, mapy, fotografie, obiekty kultury etnicznej, rzeczy osobiste uczestników likwidacji wypadku.

Otwarcie Muzeum Czarnobyla miało miejsce 26 kwietnia 1992 r. i zbiegło się w czasie z 5. rocznicą wypadku. Ekspozycja muzeum we współczesnym tomie nie pojawiła się od razu, ale była stopniowo gromadzona, ponieważ informacje o wypadku, jego przyczynach i skutkach zostały utajnione, a uczestnicy zdarzenia nie potrafili powiedzieć prawdy. Wiele z tego, co jest prezentowane w muzeum, zostało opublikowanych po raz pierwszy – dokumenty, mapy oznaczone jako „Secret”, zdjęcia.
Nad wejściem do muzeum zwiedzających wita słowa „Est dolendi modus, non est timendi” (smutek ma swoje granice, ale niepokój nie ma granic). Dalej zwiedzający widzą szlaban z alarmującymi migającymi światłami, otwiera on wjazd na drogę do Czarnobyla. Symboliczna droga czarnobylska to klatka schodowa prowadząca do głównego holu muzeum, wzdłuż której nad głowami zwiedzających wiszą drogowskazy z nazwami 76 miast i wsi Ukrainy ze strefy przesiedleń, które zostały zmiecione z powierzchni ziemia przez promieniowanie.
Z drogi czarnobylskiej zwiedzający wchodzą do pierwszej sali ekspozycji, której posadzka wykonana jest w formie płyty ochrony biologicznej głównej hali reaktora. W centrum holu znajduje się ikonostas, którego fragmenty przywieźli muzealni badacze z Kościoła Zmartwychwstania Pańskiego znajdującego się w Strefie Wykluczenia. Pod osłoną ikonostasu zamiast chrzcielnicy kołysze się łódka Polesia - symbol Arki Noego, a w niej znajdują się zabawki dla dzieci pozostawione przez zwiedzających muzeum. Obok ikonostasu 3 figury likwidatorów w kombinezonach ochronnych i respiratorach. Nad ikonostasem rozpościerają skrzydła dwa anioły: biały i czarny, dobro i zło. Pod skrzydłami białego anioła, jakby pod jego opieką - portrety dzieci urodzonych po katastrofie, na skrzydłach czarnego - fotografie z najnowszej historii ostatnich 70 lat. Sufit hali wykonany jest w formie symbolicznej mapy świata, na której lampami alarmowymi migają elektrownie atomowe zlokalizowane na wszystkich kontynentach Ziemi. Na ścianach hali znajduje się wystawa plakatów społecznych poświęconych problematyce jądrowej.
W muzeum można obejrzeć unikatowe materiały wideo o katastrofie i jej skutkach, zobaczyć model działania czarnobylskiego bloku energetycznego, działającą trójfazową dioramę „Elektrownia jądrowa w Czarnobylu przed, w trakcie i po awarii” – pokazuje, jak nastąpiła eksplozja, w wyniku której zniszczono elektrownię jądrową, a nad zniszczonym blokiem wzniesiono sarkofag.

Ekspozycja sal muzealnych opowiada o heroicznej i bezinteresownej pracy ludzi wielu zawodów - cywilnych i wojskowych specjalistów w następstwie katastrofy w Czarnobylu. W 1998 roku w muzeum ukazała się elektroniczna książka ku pamięci uczestników likwidacji wypadku, w której znajduje się ponad 5 tysięcy nazwisk likwidatorów.

Przez lata swojego istnienia Muzeum Czarnobyla odwiedzali przedstawiciele ponad 80 krajów świata. Wśród nich są Prezydenci naszych i innych krajów, Misja ONZ pod przewodnictwem Sekretarza Generalnego Kofi Annana, Prezydenta OBWE Adriana Severina i inni.