В античных залах музея хранятся находки археологических экспедиций, работающих на Тарханкуте: большая коллекция амфор, изящные черно-лаковые сосуды и другие предметы быта древних греков и скифов, датируемые IV в до н.э. – II в н.э.
В зале средних веков музея представлены экспонаты, рассказывающие о жизни полуострова Тарханкут и поселка Ак-Мечеть (ныне Черноморское) в эпоху средних веков. Обращает на себя внимание, хорошо сохранившееся половецкое каменное изваяние.
Зал этнографии знакомит с жизнью и бытом, ремеслами, предметами народного творчества русских, украинцев, болгар и крымских татар за период конца XIX - XX веков.
В зале "Великой Отечественной войны" музея собран материал о земляках, воевавших на всех фронтах, о партизанах и подпольщиках Черноморского района. На базе материалов, экспонируемых в этом зале, проводится большая работа по просвещению и военно-патриотическому воспитанию школьников района.
В зале музея, посвященном войне в Афганистане, представлены фотографии, личные вещи жителей Черноморского района, воевавших в Афганистане. Ежегодно 18 февраля в музее проходит традиционная встреча «А память сердце бережет…» учащихся старших классов поселковых школ с воинами-афганцами.
В зале природы представлена флора и фауна Тарханкута. А также фотографии и панорамы природных памятников нашего региона.
Отдельный зал Черноморского историко-краеведческого музея посвящен истории и трудовым будням крупнейшего в регионе и Крыму предприятия ГАО «Черноморнефтегаз».
Экспозиции залов археологии дополнены стилизованными звуками шума морского прибоя, игры древнегреческой арфы и эоловой арфы; хоровым храмовым пением, звучанием раковины-ритона, уникальной находки при раскопках городища Калос Лимен, ныне представленной в экспозиции музея, мелодиями песен времен Великой Отечественной войны и др. Все разработки очень деликатно адаптированы к нашим условиям, а созданное лабораторией пространственное звуковое сопровождение к экспозиции музея на трёх языках (украинский, русский и английский), позволило охватить вниманием даже единичного посетителя, в том числе и иностранного.
