ห้องจัดแสดงสมัยทวารวดี เป็นห้องที่จัดแสดงเรื่องราวของเมืองโบราณและศิลปกรรมในสมัยทวารวดี รวมไปถึงวัฒนธรรมทวารวดีที่กำแพงเพชร เช่น เมืองโบราณบ้านคลองเมือง อำเภอโกสัมพี และเมืองไตรตรึงษ์ อำเภอเมืองกำแพงเพชร และจัดแสดงโบราณวัตถุที่สำคัญ ได้แก่ ตะเกียงดินเผา เศียรพระพุทธรูปปูนปั้น เป็นต้น

ห้องจัดแสดงสมัยลพบุรี เป็นห้องที่จัดแสดงสมัยลพบุรี เกี่ยวกับงานประติมากรรมเมืองโบราณสมัยลพบุรีในกำแพงเพชร คือ เมืองโบราณบ้านสระตาพรหม อำเภอขาณุวรลักษบุรี โบราณวัตถุที่จัดแสดงคือ หินบดยาพร้อมแท่นหินบดยาลูกปัดสำริด กำไลสำริด และแม่พิมพ์พระดินเผา

ห้องจัดแสดงสมัยสุโขทัย เป็นห้องที่จัดแสดงเรื่องของพัฒนาการของชุมชนเมืองโบราณในสมัยสุโขทัยของจังหวัดกำแพงเพชร มีแผนผังแสดงลักษณะ ที่ตั้งของเมืองนครชุมและเมืองกำแพงเพชร ให้ความรู้เกี่ยวกับสถาปัตยกรรมและเรื่องพุทธศิลปะในสมัยสุโขทัย ภายในห้องนี้จะมีโบราณวัตถุที่สำคัญจัดแสดง คือ พระพุทธรูปลีลา เครื่องถ้วย มกรสังคโลก เป็นต้น

ห้องจัดแสดงสมัยอยุธยา เป็นห้องที่จัดแสดงเรื่องราวถึงกำแพงเพชรในฐานะเมืองชุมการค้าแห่งลุ่มแม่น้ำปิง และเป็นเมืองยุทธศาสตร์ที่สำคัญในการป้องกันศึกจากพม่า ภายในจัดแสดงโบราณวัตถุที่สำคัญ ได้แก่ เทวรูปพระอิศวร พระพุทธรูป ในเสมา เศียรยักษ์ เศียรกินรี เป็นต้น

ห้องจัดแสดงสมัยธนบุรี – รัตนโกสินทร์ เป็นห้องที่จัดแสดงเรื่องราวของเมืองกำแพงเพชรในฐานะที่เป็นเมืองยุทธภูมิการรบ และเป็นแหล่งเสบียงกองทัพที่สำคัญในสมัยธนบุรี เมื่อเข้าสู่สมัยรัตนโกสินทร์ ก็ยังเป็นแหล่งทรัพยากรของป่า และโบราณวัตถุที่สำคัญ ได้แก่ พระพุทธรูปทรงเครื่อง เครื่องถ้วยเบญจรงค์ หงส์สำริด เป็นต้น

ห้องจัดแสดงกำแพงเพชรในปัจจุบัน – กลุ่มชาติพันธุ์ เป็นห้องที่จัดแสดงถึงทรัพยากรท้องถิ่น วิถีชีวิตของผู้คน เทศกาลและประเพณีต่างๆ รวมไปถึงสถาปัตยกรรมในเมืองกำแพงเพชร  และจัดแสดงเรื่องราวของกลุ่มชาติพันธุ์ที่อพยพเข้ามาในเมืองกำแพงเพชร