Експозиція музею займає площу понад 1,2 тис. м2, де розміщено 1,5 тис. експонатів. Кожен експонат, представлений тут, свідчить не тільки про життя і діяльність Миколи Івановича Пирогова, але і відображає той історичний час, в якому жив великий вчений.
Відвідувачі музею мають унікальну можливість ознайомитися з медичними інструментами, що використовувалися в практиці тодішніх лікарів, переглянути старовинні друкарські видання, відчути дух і атмосферу минулої епохи. Сьогодні в музеї представлені всі відомі праці Пирогова, а також його рукописи, особисті речі, література про нього. Збір наукової і епістолярної спадщини М. І. Пирогова відбувався в 20 архівах, багатьох книгосховищах та приватних колекціях України і зарубіжжя. Експозиція музею постійно поповнюється новими матеріалами і документами.
Своєрідною репродукцією професійного життя Пирогова є музей-аптека, а справжньою святинею – склеп з набальзамованим тілом М. І. Пирогова. Систематичні ребальзамаційні роботи дозволяють зберігати тіло у задовільному стані.