位于杭州市北部拱宸桥地区，东起金华路、南至舟山路、西临京杭大运河、北接拱墅区政府，建筑面积1万平方米。它的西侧是古老的拱宸桥。博物馆建筑风格总体定位："传统而不复古"。建筑环运河文化广场呈扇形状布置，造型平坡结合，立面细部上提取中国古代传统建筑符号，经提炼简化，通过独特的开放式格局，将室内外融为一体，运河及桥、船、埠巧借为活的展物。

博物馆以一层为主，局部二层，并有部分地下室。首层主要是博物馆常规展示部分，共四个厅，一条展廊，二层主要是资料室，视听室，办公室，另有半景展厅等。

中国大运河博物馆展览区共分五个展厅∶

序 厅--《地球上的运河、中国大运河》；

第一展厅--《运河的开凿与变迁》；

第二展厅--《水系的形成》；

第三展厅--《河畔的城市》；

第四展厅--《运河文化》；

各展厅通过图片、实物、模型等形式，展示和解释大运河丰富的自然人文景观。

中国大运河博物馆不是一座单纯的、普通意义上的博物馆。它一方面是一个全方位、多角度反映和展现运河自然特性、人文精华等各个方面的大型博物馆，另一方面又是运河文物、文献资料等的征集、收藏中心和运河文化的研究和展示中心，同时结合运河文化广场功能又是运河旅游的中心枢纽和游客综合服务中心。可以说运河博物馆是一座具有多样功能和多种特性的综合性运河文化中心。