陕西考古博物馆室内展厅基本陈列以“考古圣地华章陕西”为主题，分为考古历程、文化谱系、考古发现、文保科技四个篇章。石峁遗址的石雕、壁画、乐器，西周时期的青铜器，整体搬迁后的贺家车马坑等，都将在博物馆中静候观者。
但如果要在陕西考古博物馆的所有展陈中评选出“镇馆之宝”，估计竞争会相当激烈，因为在这座博物馆中，有太多以往只能在新闻图片或镜头中见到的代表性文物，正等待参观者亲眼得见：石峁遗址出土石雕人头20余件，为中国首次发现；刘家洼春秋芮国遗址出土的1件青铜小罐，残留物为水、碳酸钙和动物油脂，是目前中国发现最早的男性面霜类化妆品；罗婉顺墓志是首例经过考古发掘出土的颜真卿书丹墓志，可以算是“墓志界”艺术价值的“天花板”，因为它是大书法家颜真卿早期的作品。
此外，靖边杨桥畔汉代墓地中的渠树壕汉代砖室壁画墓室顶部的星象图，是我国考古首次发现的具有星形、星数、图像、题名四要素的二十八星宿图，可以看到有北斗七星、伏羲、女娲、牛郎织女等；十六国西陵县侯夫人墓中出土的一套完整的乐俑组合，乐俑皆席地而坐，神情专注地演奏乐器，所持乐器依次是笙、竖箜篌、节鼓、箫、琴、瑟、阮咸，这是首次在关中的十六国墓中发现竖箜篌；孝陵是目前唯一一座经过发掘的北周帝陵，出土帝、后陵志、十三环玉带、玉璧等随葬品，这些珍贵文物都是出土后的首次展出……
在博物馆中，还有大量大名鼎鼎的重大考古发掘项目出土的珍贵文物，被大规模、成系统地向观众系统展示出来，让现代人在“一眼千年”的穿越时光中，看看“老祖先”的生活过得怎么样。
如杨官寨遗址出土了狩猎、加工、纺织等石质工具，也有不少石环、石笄等装饰品，体现了先民们既重视生产也有爱美之心；出土于外城东门址和皇城台的石峁壁画，是陕西最早的壁画，数量居全国早期壁画之最（壁画残块200多块，最大残块30厘米见方），反映了石峁文化高超的艺术水平；秦咸阳城遗址三号宫殿遗址发现的保存完整的壁画车马出行图，展现出秦咸阳城官吏皇室乘车舆出行的真实形象；北宋吕氏家族墓的随葬器物，包括餐具、酒具、茶具、香具、文房用具、闺阁用具、佛事用具、礼器、日常杂器九个大类，让优雅而闲适的北宋文人雅士的生活气息，扑面而来。