江南造船博物馆，位于上海市中山南一路上的江南造船大厦内，其前身是江南造船厂的原厂史陈列馆，仅供内部参观，2001年陈列馆从厂区搬迁到江南造船大厦，并在对原有陈列进行全面改建后，于2004年开始面向社会公众开放，至此成为一个公共科教场所。
馆内的展藏浓缩了从1865年建立的江南机器制造总局，到今天的江南造船（集团）有限责任公司，从中国民族工业的发祥地、中国产业工人的摇篮，到中国大型造修船骨干企业140年来“中国第一厂”的发展历程，堪称是一座跨越三个世纪的科技史、工业史、造船史专题博物馆。
由于场地空间等条件限制，博物馆的展示形式以模型为主，辅之以大量的图片资料，不过虽然实物展品较少，但馆内的军民船舶模型，制作工艺都十分逼真而精美，极具观赏的价值。在这些不同类别、不同用途的船舶模型当中，代表着江南造船厂不同时期最杰出军用船舶的展品，主要有下面几个。
江南造船博物馆内展示的“平海”号轻型巡洋舰模型
解放前中国建造的吨位最大的水面舰艇——“平海”号轻型巡洋舰
上世纪三十年代由江南造船建造的“平海”号轻型巡洋舰，它是近代中国自主建造的吨位最大、火力最强的水面作战舰艇。该舰建造前，国民政府海军部向日本播磨造船所订购了一艘“宁海”号轻型巡洋舰，按照合约规定，同型二号舰“平海”号，在中国国内建造，图纸由日本播磨造船所提供。
“平海”号于1931年在江南造船所开工建造，该舰的主机原定和“宁海”舰一样，但在建造过程中，中国设计人员提出，该舰原设计所用的蒸汽机已经落后，不应继续向日方订货，于是，后来由江南造船所自行设计制造了一款新型的蒸汽机，在保持与“宁海”舰航速相同的前提下，改3台主机为2台，既节省了材料，又减轻了重量。
1937年4月，“平海”号正式交付，编入国民政府海军部第一舰队作旗舰。该舰满载排水量2400吨，舰上总计装有140毫米双联装舰炮3门，80毫米高射炮3门，60毫米炮4门，533毫米双联鱼雷发射管2座，3千瓦长波无线电机和0.5千瓦短波无线电机各1台，昼间通信距离可达1600千米以上，是当时东亚各国海军保有的排水量以及攻击火力水平仅次于日本的大型水面舰艇。
1937年7月，“平海”号驶入长江，负责防守江阴要塞水道，阻止日本舰队溯长江进犯南京，然而可悲的是，由于国民党没有掌握制空权，缺乏空军和地面防空保护，“平海”号于当年9月，被日本飞机炸毁，沉于长江。
江南造船博物馆内展示的03型常规潜艇模型
中国建造的第一艘国产潜艇——03型常规动力潜艇
在江南造船博物馆内，展示有一款新中国海军早期所用的常规潜艇模型，别看他老式的船型线形，与当今流行的水滴型线形相比显得其貌不扬，然而它却是中国历史上建造的第一种潜艇，而且是新中国海军早期建造数量最大的潜艇，具有重要的奠基作用。
1953年6月4日，中苏两国在莫斯科签订了《关于海军技术援助的协定》，简称《六四协定》。根据协定，苏联将向中国转让制造6种类型的舰艇，其中就包括了613型常规动力潜艇。
613型常规动力潜艇，是苏联二战后生产的第一种潜艇，1951年开始建造，北约代号“威士忌”级，简称W级。中国引进了613型潜艇后，将国内生产仿制型产品命名为6603型（后普遍称为03型）。
1955年03型首艇在江南造船厂开工建造，1957年首艇完工交付，被命名为“新中国15号”，成为我国历史上建造的第一艘国产潜艇。截止1964年，江南造船厂制造了13艘03型潜艇，加上同期由武汉造船厂承担建造的另外8艘，03艇总计建成21艘，建成数量之多，在新中国海军历史上堪称之最。除大部分为中国海军使用外，03艇还曾被用于外贸，出口至阿尔巴尼亚、孟加拉、埃及、巴基斯坦等国。
通过对03型潜艇的仿制生产，我国积累了设计建造常规动力潜艇的初步经验，并培养了一批工程技术人才，从而为我国潜艇事业的发展奠定了基础。
江南造船博物馆内展示的112“哈尔滨”号导弹驱逐舰模型
新时期的“中华第一舰”——“哈尔滨”号导弹驱逐舰
在江南造船博物馆内，舷号112的“哈尔滨”号导弹驱逐舰，陈放在展厅中心的醒目位置上。如果说新中国60年代期间建造的第一代051型（北约称“旅大”级）驱逐舰上多少还体现有苏联舰艇色彩的话，那么改革开放后的新时期，中国海军建造的第二代052型（北约称“旅沪”级）驱逐舰，则是中国完全自主设计研制的产物。
1983年，中央军委下达了研制新型的052型导弹驱逐舰的批示，1986年工程正式启动。这项工程是我国“八五”期间国防科技工业重点建设的四个专项之一，为该舰配套生产设备的厂家单位，涉及全国19个省市，176个厂所、院校，集中了我国80年代海军装备科研的最新成果并与引进吸收的国外先进技术装备相结合。
1990年，052型首舰112舰走上船台，建造过程中，江南造船厂技术人员攻克了新型特种钢焊接、半立体建造模式、机电设备整合、动力系统轴系高精度安装、武器系统基座高精度安装等多项技术难关，1991年，112舰完成施工顺利下水。
服役后，“哈尔滨”号曾多次承担海军演习、战备和出访等重大任务，并作为我国国产第二代导弹驱逐舰首舰而被媒体誉为“中华第一舰”。该型舰的建成服役，为我国新一代大型驱逐舰的设计研制积累了大量新技术成果，该舰也因此于2003年被中央军委授予“海上先锋舰”荣誉称号，并为全舰官兵记集体二等功。
江南造船博物馆内展示的“远望”1号航天测量船模型
为航天器与地面控制站之间搭建“双向信息数据链”——“远望”1号航天测量船
在江南造船博物馆众多军用船舶模型展品中，吨位最大的，要属“远望”1号航天测量船，它是我国第一代综合性航天远洋测控船，主要担负导弹、火箭、卫星、飞船全程飞行试验过程中，进行数据跟踪遥测和发出指令控制信号的任务。
上世纪80年代中期，“远望”1号在江南造船厂进行了现代化改装，改装后的“远望”号测量船可执行包括国际商业卫星和运载火箭监控等更为广泛的任务。
进入21世纪，上世纪70年代设计的“远望”1号性能已渐渐落后，随着新一代测量船的服役，我国第一代航天测量船“远望”1号于2010年退役，完成了历史使命。
江南造船博物馆内展示的“向阳红”10号远洋调查船模型
中国海军走向远洋的“铺路石”——“向阳红”10号远洋调查船
在很多人眼里，水面战斗舰艇威武雄壮，最是风光，但其实在这些战斗舰艇出入战场厮杀的背后，离不开远洋调查船的默默奉献，正是它们远赴大洋，观测调查海洋水文、气象、水声、物理化学、地球物理、地质地貌、海洋生物等调查研究，为海军舰船畅行无阻提供了可靠保障，可以说是一国海军走向远洋的“铺路石”。在江南造船博物馆内，观众就能看到这种肩负特殊使命的特种船舶的身影，这就是“向阳红”10号远洋调查船。
“向阳红”10号远洋调查船设计工作启动于1971年，该船的任务要求，涉及众多领域和学科，其中许多技术项目属于国内空白，这样复杂且大型的多功能船，不仅国内没有先例，就连国外也未尝试设计建造过，设计人员历经9年技术攻关，克服了来自设备材料供应方面的种种困难，攻克了多项技术难题，最终于1979年由江南造船厂建成交付。
1985年，“向阳红”10号在首航南极的考察中，遇到12级以上的强烈风暴的袭击，经受了一场狂风肆虐的严峻考验，进一步证明了船型性能设计的优良。
作为我国第一艘大型综合远洋调查船，“向阳红”10号从不平凡的诞生，到一次又一次圆满完成光荣使命，为发展国家尖端科学技术和国防建设发挥了重要作用，标志着我国远洋科学考察船的设计和建造技术已接近或赶上世界先进水平。
其他
在江南造船博物馆，除了上述由江南造船厂建造出品的各种军用船舶舰艇模型展品以及图片文字资料外，馆内还建有民船馆和重工馆展区，展品同样精彩纷呈，荟萃了近代中国，特别是解放以来，中国船舶工业所取得的重大成就和成果。由于馆藏史料丰富翔实，对青少年特别具有启蒙和教育意义，江南造船博物馆因此在2005年被中宣部命名为第三批全国爱国主义教育示范基地。