展示場包含一到三樓，主題分別為古代天文區、地球區、太空科技區、天球與星座區、太陽系區、望遠鏡與天文台區、恆星區、星系區、宇宙論區等，四樓則為觀測室。其中全天域劇院是一座直徑35米，外表面被覆金黃色鋁錐面板的圓頂式建築，可容納325人，以IMAX系統放映全天域電影、德國ZEISS星象模擬系統、180度半球型銀幕、傾斜25~30度的座椅，藉由聲、光、電化等儀器設備，帶給民眾親臨實境的臨場感。