该馆占地130余亩，建筑面积8200平方米。整个建筑采用轴线对称传统手法，分地上地下两部分。
地上前半部分为汉白玉仿汉门阙，上部装饰以朱雀。馆表在院中西侧，汉白玉雕，上有夏鼐先生亲书贴金大字“洛阳古墓博物馆”。大殿为全馆的序幕厅，为仿汉五脊重檐歇山式。殿中置“洛阳历史墓葬分布图”模型于玻璃柜中。前院东西厢院及临街房为陈列丧葬习俗、东周前古墓模型及接待办公场所。各厅之间有道路沟通，厅院广植花木，整个馆气势宏大，又清静幽雅。
后部地下部分为“回”型墓区。四角设四厅，东南角两汉厅饰瓷砖壁画升仙图，东北角魏晋厅饰竹林七贤图，西北角唐宋厅饰以唐乐舞壁画，西南角综合厅饰瓷砖壁画邙山晚眺。各厅均有出土文物、墓葬沿革、特点、构造等陈列。东为两汉墓，北为魏晋墓，西为唐宋墓，南为精品墓区。
这23座古墓具有历史性、艺术性、保存完整、吸引力强的特点。
西汉傩戏图壁画墓反映了西汉人死后尸体入圹前，必须把墓穴内的邪鬼驱出，以便主人灵魂升天的情景。墓壁上还绘有一些历史故事和神话故事。墓门内门额上浮雕一个绵羊头，象征吉祥。画面上有一虎，正张口吞噬女性的肩膀。女性叫“旱魃”，是一个专门制造旱灾的恶鬼。这幅画是“伏魔降吉祥”之意，名叫“神虎吃女魃图”。墓顶平脊下有天象图，绘日月星宿。隔梁上绘有“孔子师项橐”和“二桃杀三士”等故事。主室后壁绘一幅历史故事“鸿门宴”（一说是傩戏图的一部分）。
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