中国园林博物馆于2013年4月底建成对外开放，选址位于鹰山脚下、永定河畔，占地6.5万平方米，建筑面积49950平方米，室内展览面积20685平方米，室外展园建筑面积6000平方米，开馆时展出藏品2350件。
中国园林博物馆无疑是园博园中标志性的建筑，是收藏园林历史文物、弘扬中国传统文化、展示园林艺术魅力、研究园林价值的国际园林文化中心，从设计之初就要把它建成全国第一座以园林为主题的国家级博物馆，融历史与未来、古典与现代、继承与创新，填补我国没有国家级园林博物馆的空白。
博物馆的主体博物馆设计将“建筑为纸园林为画”作为理念，在将中国传统园林和现代建筑功能结合的过程中，通过轴线、院落、天际线、色彩四个方面展示设计特色。主体博物馆利用轴线控制建筑总体布局，院落是主体博物馆内部的室内展园及景观空间，采用“前殿后苑”传统布局方式，穿插于建筑整体之间，将园林与建筑内部相互连接。天际线是指主体博物馆屋顶，勾勒出风格突出的建筑天际线，也是对北京地域性天际线的一种呼应。
而色彩将加深体现建筑的属性和性格，主体博物馆提取皇家园林和私家园林中的经典色彩，并运用现代材料呈现。主屋顶的金色体现北京的皇家园林的地域性特征，而江南则以灰白为主。最大特点是“漂浮的屋顶，消失的外墙”，金色屋顶效仿了皇家建筑群组屋顶结构，消隐通透的外墙构建了博物馆内外的空间联系和视觉沟通。
博物馆分室内和室外两部分展示区，其中，室内展园占地3000余平方米，以江南园林为主，展示南方园林的清丽秀美。室外展区包括山地园林、平地园林、水景园林，展示北方园林的恢宏气魄。
这些园林方案的选择，是经过国家院士等专家反复审核后，才最终确定的。在南方园林的设计过程中，他们还请当地的设计大师监督把关，力争呈现出原汁原味的园林。这些园林的施工，不仅植物全部产自原地，连铺地面的石头都是原装的。
中国园林博物馆设置基本陈列、专题陈列和临时展览。设置6个固定展厅和4个临时展厅：以中国古代园林厅、中国近现代园林厅构成基本陈列；以中国园林文化厅、中国造园技艺厅、世界名园博览厅、园林互动体验厅构成专题陈列；以临时展厅展示国内外园林文化和艺术精品。
中国园林博物馆以室内展陈为主，以室外展园和室内庭院为辅，三者相互穿插、渗透，成为一个展陈整体；在采用传统展陈手段的基础上，增加趣味性、参与性、互动性的现代化展陈手段，突出具有季相变化和空间艺术特征、体验式的园林展品，彰显园林博物馆的展陈特色，达到博物馆展陈与园林环境相融合的效果。
圆明园全景式巨型立雕圆明园、硅化木巨型化石、“前程似锦”植物生态墙，可以说是园博馆内的三大“镇馆之宝”。进入园博馆，首先看见的是主馆中央大厅内的巨幅“圆明园”实景沙盘。其由上海雕刻大师阚三喜历时10余年创作，按盛时的圆明园以1：150的比例制作完成。在盛景的两侧分列的是12兽首的仿制品，参观的游人大多寻找着与自己相应的属相合影。
作品长18米，宽14米，有大小各异的山250座，各类建筑近2000座，各式桥梁180座，各式树木10000棵，各类人物3000个。更神奇的是，沙盘上的水法中，粗细仅有头发丝二分之一的水嘴能喷出喷泉，而部分建筑的门窗都能进行关合。
乾隆皇帝亲自题名的太湖奇石“青莲朵”，也从中山公园借调至此。
沙盘的南侧是一面巨大的生态墙，设计原型为富春山水画，是利用墙壁栽种绿植营造的垂直绿化景观。此“画卷”长28.4米，高9.8米，用到黄金葛、黑金刚、玉龙草等十余种近２万株植物，力求通过数十种植物不同的色彩、质感，展现云烟掩映村舍、水波出没渔舟的春山美景，是目前我国室内应用最大的一件作品。
移步向南是馆藏的最大硅化木，其产于新疆奇台，化石长达38米，根部直径达2米，是当今极为罕见的巨型化石。
园林互动体验厅以“科普互动体验园林”为主题，突出科普性、互动性和趣味性，体验造园技艺，普及园林知识。包括中国园林畅游、园林体验互动两部分，展厅面积650平方米。
参观者可以通过数字沙盘和4D巨幕影院畅游园林，还可以通过互动式的花木配置、园林建筑营造、叠山理水等项目体验园林乐趣。重点展品包括造园工具“铜质鲁班尺”、园林中的陈设物品“雕花石鼓墩”等。