徐州博物馆建于1959年，坐落在风景秀丽的云龙山北麓，由陈列楼、土山东汉彭城王墓、清高宗乾隆行宫三个展区组成。占地面积33000平方米，建筑面积12000平方米，展厅面积3000余平方米。配备中央空调、消防、安全防范系统。
徐州博物馆陈列楼内为主展区，其常设陈列有“古彭之宝”，“俑偶毕彩”，“清式家具”，“邓永清捐赠明清书画”等。
其中，“古彭之宝”是徐州博物馆的基本陈列，由徐淮初曦、汉室遗珍和史河流韵三个单元五个展厅组成，展出各类文物近千件。重点展出近年徐州考古发掘的新成果，即众多楚王(彭城王)的金银，铜铁，玉石器及楚王的浴间，厕所等。极为珍贵的有多套楚王，列侯使用的腰带金扣，楚王的成套银质和鎏金浴具等。
“天工汉玉”展出玉棺、银缕玉衣、玉面罩、玉枕等葬玉；玉卮、玉高足杯、玉耳杯等成套玉酒具；S形龙、连体龙、蟠龙、飞龙等各种造型的龙形玉佩。玉戈、玉钺等玉兵器；玉豹、玉熊等玉雕动物；各类玉具剑饰；各种形制的玉璧、璜、瑗等玉礼器。这是中国目前唯一的出土汉玉常设展览。
古彭之宝－－徐州文物精华》展览分为《徐淮初曦》、《汉室遗珍》、《史河流韵》三个单元五个展厅组成。其中《徐淮初曦》陈列徐淮大地出土的自新石器时代至秦代的陶器、石器、玉器、骨器、和铜器120余件。其中有邳州大墩子遗址出土闻名遐尔的彩绘陶器、反映南北文化交汇的新沂花厅遗址出土的良渚文化封格玉器和大汶口文化陶器、邳州戴庄九女墩战国墓出土的青铜器等，在现了徐州先民生产生活的场景。徐州是汉高祖刘邦的故乡，两汉时期有着特殊的政治、经济地位。诸侯王、列侯及皇亲贵戚凿山为藏的巨大洞室墓、石室墓虽屡遭盗掘，仍出土了大量珍贵文物，揭示了两汉文化的丰厚内涵。《汉室遗珍》包括三个展厅，分别陈列铜、金银器，玉器和陶石器。第一展厅陈列铜、金银器等文物珍品西汉腰带金扣、龟钮银印、鎏金兽形砚、铜牛灯、铜鼎等150余件。“天宫汉玉”是《汉室遗珍》第二展厅，展出徐州出土的玉器珍品西汉金、银缕玉衣，玉棺、玉卮、蟠龙玉佩等130余件。汉玉以其巧夺天工、精美绝伦饮誉于世。汉代楚国制玉业十分发达，徐州出土的汉玉代表了中国汉代玉器制作的最高水平，被评为95年全国十大考古发现之首的徐州狮子山楚王陵出土的玉棺用2000余块玉片镶嵌而成，而与此相似的满城汉墓玉棺仅有200余块玉片镶嵌，狮子山玉棺为全国仅有的两具玉棺中最为精美的，与其一起出土金缕玉衣由4000多片新疆和田白玉用金丝穿缀而成，堪称稀世珍品。《汉室遗珍》第三展厅展出古代陶器、石器文物近百件。原始青瓷、釉陶、漆陶、大型实用陶器、各种铁器和石制建筑构件展示了粗犷豪放、恢宏博大的楚汉雄风。汉墓的复原陈列，使观者有身临其境之感。《古彭之宝－－徐州文物精华》第三部分是《史河流韵》，展出魏晋南北朝至青代的瓷器、铜器、金银器等140余件。反映出在这1900多年的历史长河中，徐州战乱、水患频仍，经历了衰落至中兴的曲折历程。
《俑偶华彩》展出了汉至宋代的各类陶俑艺术精品210余件，有西汉乐舞俑、彩绘仪卫俑、北朝彩绘女立俑等。陶俑是中国古代造形艺术中十分重要的内容，徐州出土的陶俑，内容丰富形式多样，局有独特的地域性。西汉北洞山楚王墓出土的彩绘仪卫俑是中国出土彩俑的佳作，曾参加国家文物局主办、故宫博物院承办的“全国出土文物精华展”，得到很高评价。北朝俑是徐州地区出土陶俑的又一杰作其样式和色彩都是同时期出土陶俑中最精者。汉俑朴拙凝重，北朝俑清秀端庄，隋唐俑丰满雍容，体现了不同时代人们的艺术风尚和审美观念，呈现出不同民族的不同风格，在雕塑史上占有重要地位。众多的汉代至宋代的陶俑为研究当时的官制、服饰、雕塑艺术等提供了实物资料及心理和视觉的享受。
《邓永清收藏书画展》和《清式家具》所展出文物均为精品，具有鲜明的艺术和时代特征。
此外，该馆艺展厅还不定期举办考古新发现展览，专题文物和艺术品展览。