北京天文馆包含A、B两馆，共4个科普剧场。A 馆：是两层，一层有两个展厅，二层是天象厅(观音影厅)。
B 馆：主要分为三层，一层和B1层为展厅层，二层为观影层，有两个影厅。
B馆于2004年底正式建成开放，内有宇宙剧场、4D剧场、3D剧场3个科普剧场，以及天文展厅、太阳观测台、大众天文台、天文教室等各类科普教育设施。其中，直径为18米的宇宙剧场拥有标准半球全天域银幕，能同时为200名观众呈现出气势恢宏的立体天幕效果，这在我国大陆地区独一无二。
A 馆：是两层，一层有两个展厅，二层是天象厅(观音影厅)。
A馆门厅正中有反映地球自转的傅科摆 ，西侧展厅陈列天文知识展览，东侧演讲厅经常举行学术交流和普及天文科学知识报告。庭院中有两座天文台，其中一座装有口径13厘米的望远镜，可通过它观看月亮 、行星 、星云 、星团 ，白天观测太阳黑子 。另一座是色球望远镜天文台，应用色球望远镜观测和拍摄太阳色球层 的变化。西侧还有天文广场，陈列室外观测仪器 。
为观众推荐两小时游、半日游、一日游三条观看顺序：
(一)两小时游(打卡路线)
➜B馆地下一层(宇宙穿梭展厅)➜A馆天象厅➜A馆西展厅
(二)半日游(乐享路线)
东门入口➜售票处➜天文广场(天球仪)
➜B馆一层(太阳展厅、月球陨石展厅)
➜B馆二层(宇宙剧场或4D剧场)
➜B馆地下一层(宇宙穿梭展厅)
➜A馆天象厅➜A馆西展厅➜A馆东展厅
➜宇宙超市(纪念品店)➜北门出口
(三)一日游(探秘路线)
东门入口➜售票处➜天文广场(天球仪)
➜B馆一层(太阳展厅、月球陨石展厅、宇宙畅游展)
➜B馆二层(宇宙剧场、4D剧场、星空咖啡吧)
➜B馆地下一层(宇宙穿梭展厅、3D剧场)
➜AB馆甬道(南丹陨石)➜天文花园(日晷)
➜A馆(傅科摆)➜A馆天象厅➜A馆西展厅➜A馆东展厅
➜宇宙超市(纪念品店)➜北门出口