阿拉善沙漠世界地质公园博物馆坐落于阿拉善右旗境内的巴丹吉林沙漠南缘，背景为巴丹吉林沙漠，外形设计与沙漠融为一体为沙丘形态，完全体现沙漠地质公园特色，简洁、大气，与周围环境和谐协调。博物馆建成于2007年9月，建筑面积2203㎡，分为八个功能区：序厅、展示厅、资源厅、地质公园发展历程与成果展示区、沙漠冲浪探险区、报告厅、科普教育基地、民族用品展示厅。博物馆共收集包括金属和非金属矿产标本、古生物化石标本、戈壁奇石、动植物标本、民族服饰和民族物品等在内的标本10类54个品种298件。它是了解阿拉善沙漠形成、演化和沙漠文明的一个窗口，集知识性、科普性、趣味性、参与性为一体，通过图片展示、文字说明、电子设备演示、模型展览、影视播放、标本观赏以及工作人员现场解说等形式向游客介绍地质公园独具特色的地质遗迹景观、普及地学知识、宣传保护地质遗迹资源，充分的体现了秘境阿拉善的神奇。
博物馆布展主要介绍了公园的自然地理和社会文化背景概况、区域地质演化历史，主要地质遗迹和地质景观的类型和分布、地质科学背景、形成演化机制，公园的科学研究历史研究成果，公园地质遗迹的区域与国际对比及其科学意义，公园的保护、建设和发展，公园的动植物资源、历史文化景观和民俗风情等。博物馆的展示品包括：公园的模拟地形沙盘；公园的系列地学图件，如地质图、遥感图、导游图、交通位置图及总体规划图等；主要的地质景观的图片及文字说明；实物标本；相关科学文献及出版物，以及领导专家考察资料，向游客免费提供的宣传资料；人文历史资料与出土文物；向游客播放的影像显示设备和场所；沙漠地质公园的触摸屏演示设备。博物馆布展充分运用现代技术将地球和本区域的地质演化史及其他地质遗迹系统生动的展示给游客，目前大体运用：图文展板展示、实物展示、模型展示、动画展示、科教片演示和标本展示等几种形式。
阿拉善沙漠世界地质公园博物馆先后被命名为“国土资源科普基地”、“中国科学院寒区旱区环境与工程研究所科研基地”、“中国地质大学教学与科研基地”、“内蒙古自治区爱国主义教育基地”、“内蒙古自治区青少年科技教育示范基地”、“内蒙古自治区科普教育基地”、“阿拉善盟青少年科普教育示范基地”、“阿拉善盟爱国主义教育示范基地”、“阿拉善沙漠世界地质公园青少年地学科普教育基地”、“阿右旗环境教育基地”。
随着阿拉善沙漠世界地质公园的知名度进一步提升，前来巴丹吉林沙漠旅游的游客日益增多，博物馆每年接待游客50余万人次。为能更好的发挥阿拉善沙漠世界地质公园博物馆对外宣传的窗口作用，进一步保护和研究沙漠地质遗迹、运用世界品牌效应提升阿拉善的知名度、促进对外开放和经济社会和谐发展乃至科学合理开发沙漠旅游资源，改善生态环境，挖掘沙生产业潜力，带动地方经济可持续发展，现申请注册阿拉善沙漠世界地质公园博物馆。
序厅，正前方墙体中央为浮雕“内蒙古阿拉善沙漠地质公园园区导游图”，下方是中、蒙、英三种文字 “阿拉善沙漠世界地质公园博物馆”字样，左、右两边墙体为浮雕造型的公园内独特的景观、景点，包括：沙漠、骆队、沙波纹、胡杨树、峡谷地貌等，地面中间有玻璃镶嵌的阿拉善沙漠世界地质公园卫星遥感图，墙体两边还摆放有触摸屏查询系统，方便游客参观。
展厅，是博物馆的重要部分，包括：神奇的大漠、多样的地质遗迹、沙漠文化、沙漠对人类的影响、互动游戏等多个主题内容。其中神奇的大漠，以图文并茂和滚动灯箱及实物展示等形式向游客介绍了什么是沙漠？沙波纹的形成等等地学知识，还用幻影成像的效果向大家展示海市蜃楼的景观，游客还可以佩戴上工作人员准备的耳麦倾听鸣沙的声音。多样的地质遗迹向大家展示的是阿拉善沙漠世界地质公园里海森楚鲁风蚀地貌和敖伦布拉格峡谷、红墩子峡谷地貌的形成。沙漠对人类的影响重点展示的是沙漠对环境的影响，教育人们保护环境、珍惜资源。互动游戏中，游客可以通过自做沙画体验玩沙的乐趣。
资源厅，包括矿产资源、大漠奇石、沙漠人家、沙漠中的生命、硅化木化石和恐龙化石等多个主题内容。全面展示了阿拉善丰富的矿产资源、悠久的文化内涵和多样的古生物资源。
航天城，主要展示的是东风航天城的场景和飞天英雄杨利伟等图片资料。
报告厅，是向群众用影像资料介绍阿拉善沙漠世界地质公园景观和普及地学知识的场所。
