El museo ha tratado de ordenarse con una museografía moderna. Sigue mostrando unas 3.000 piezas. Son algunas menos de las que podían contemplarse en la antigua configuración, que procede de la ordenación del recordado almirante Sisiño González-Aller.
La renovada puesta en escena comienza por el nuevo acceso desde el Paseo del Prado, una escalera con trazas de cuadernas que introduce al público en la primera sala. Desde allí los visitantes pueden recorrer las seis unidades temáticas, y entretenerse con el más ordenado conocimiento de las piezas, muchas de ellas en nuevas vitrinas, donde lucen como nunca. En total el equipo técnico ha tenido que elaborar más de 1.200 cartelas que permiten, entre otras cosas, recorridos temáticos, sobre personajes ilustres, avances en las técnicas de navegación, armamento naval, etc., pensadas para guiar también a los más asiduos a nuevos detalles.
La primera de esas unidades es «La Armada en la génesis de España», sobre la época medieval. Sigue «La era de los descubrimientos», en la que hay una importante novedad, un espacio dedicado a los avances de la Casa de la Contratación, tanto en cartografía con el Padrón Real como en instrumentos y rutas. Allí está la joya principal del museo en su flamante nueva vitrina de última tecnología para asegurar la mejor conservación: la Carta de Juan de la Cosa, primer mapa de la historia en el que figura la costa de América.
Llegamos a la parte donde se explica la época en la que nace el imperio: «Donde nunca se ponía el sol», en el siglo XVI y XVII. El recorrido se ve salpicado con modelos y piezas únicas, como los de las carabelas y el modelo científico de la nao Victoria, con la que Elcano dio la vuelta al mundo. Junto a este cuelga, profundamente restaurado en el Instituto de Patrimonio Cultural Español, el cuadro de Salaverría «La llegada», que muestra a los famélicos supervivientes de la circunnavegación. Cuadros, modelos, cartas y libros van poniendo las pausas en un recorrido más despejado y apto para los tiempos que corren en los que hay que guardar distancias.
El inmenso siglo XVIII se expone bajo el epígrafe «La creación de la Real Armada» y ocupa varias salas, como es lógico, dedicadas a los grandes avances técnicos, los navíos de línea, al bautismo naval de la bandera española, las expediciones científicas y una constelación de marinos ilustres e ilustrados que desborda el discurso. Grandes nombres como el Marques de la Victoria adquieren relieve, así como Blas de Lezo y la generación siguiente que sería diezmada en Trafalgar.
El siglo XIX se abre con toda su problemática con el título «Un gigante con los pies de barro» El espacio se moderniza al llegar a las salas de los siglos XX y XXI donde se narra la reconstrucción de la Escuadra, la Guerra Civil, la dictadura y la democracia, con el Principe de Asturias y el buque de proyección estratégica Juan Carlos I, botado en 2008.
A ese recorrido se añaden cuatro salas temáticas, aprovechando los dos impresionantes patios del Cuartel General de la Armada, se muestran en uno los grandes modelos de arsenal del siglo XVIII y en otro las maquetas de los barcos de vapor y hélice. Hay otra sala dedicada a las rutas comerciales, donde se muestra el Estandarte de los Oquendo y los objetos del San Diego, que fueron comprados tras la subasta. La cuarta es la dedicada a las misiones actuales, como la Atalanta, en Somalia, que han devuelto la presencia de la Armada a los mares del mundo. En la sala del Patronato está la piedra lunar.
