Научная концепция постоянной экспозиции музея была разработана в 1981–1984 гг. научными сотрудниками О. Третьяковой, Э. Хазиным. Авторами художественного оформления экспозиции стали художники – Д. Глива, Г. Ивакин.
Постоянная и временные экспозиции Музея боевой славы размещены в пяти экспозиционных залах.
Первый зал музея знакомит посетителей с героической обороной Полоцка от гитлеровских захватчиков (27 июня – 16 июля 1941 года), а также с жизнью города и полочан в период нацистской оккупации (июль 1941 – июль 1944 годов). Среди экспонатов зала – документы, рукописи по организации обороны г. Полоцка от гитлеровских захватчиков, фотографии и личные вещи участников обороны г. Полоцка, полоцкого патриотического подполья и полочан – участников Битвы за Москву.
В экспозиции, отражающей оккупационный режим в Полоцке, представлены немецкие документы, фотографии узников. Один из наиболее ценных экспонатов – платье узницы концлагеря «Освенцим» полочанки В.Г. Зеленкевич с номером «700098».
Второй зал музея – «Партизанское движение на Полотчине». Экспозиция освещает организацию и боевую деятельность партизанских отрядов и бригад Полоцкого региона, деятельность партизанских медиков. Здесь посетитель узнает о Полоцко-Лепельской партизанской зоне, об операции по спасению детей Полоцкого детского дома. В экспозиции представлены фотографии, боевые документы, предметы снаряжения, личные вещи, награды участников боёв. В экспозиции можно увидеть личные вещи легендарных партизанских командиров – М.С. Прудникова, Д.В. Тябута, П.Н. Киселева и др.
Экспозиция третьего зала повествует о наступательной операции «Багратион», в ходе которой территория Беларуси была освобождена от немецких войск, а также о Полоцкой наступательной операции как её составной части, в результате которой был освобождён Полоцк. С 1 января 2020 года третий зал закрыт на реэкспозицию.
В четвёртом зале музея размещена временная экспозиция «Печатный фронт». На выставке можно познакомиться с агитационными материалами Советского Союза и нацистской Германии периода Второй мировой войны – листовками военного времени, плакатами и газетами.
Пятый зал музея знакомит посетителей с временной экспозицией «За мужество и героизм… Награды Великой Победы», посвящённой нашим землякам – офицерам и солдатам, работникам советского тыла и партизанам, их ратному и трудовому подвигу в годы войны. На выставке представлены награды полочан: ордена и медали, которые дают представление о советской наградной системе в годы Великой Отечественной войны. Дополняют экспозицию документы, фотографии, письма с фронта, военная амуниция, личные вещи полочан – участников Великой Отечественной войны. Большинство из музейных предметов впервые представлены в музейной экспозиции.
Ежегодно Музей боевой славы готовит для посетителей временные экспозиции, которые дополняют и расширяют представления о весомом вкладе полочан в Великую Победу, раскрывают новые страницы минувшей войны. В период 2010–2020 гг. коллектив музея презентовал временные экспозиции музея: «Полочане – кавалеры полководческих орденов», «Великая Победа. Память без срока давности», «Цена оккупации», «Курган Бессмертия – 50 лет в истории г. Полоцка», «Сердце – пламенный мотор», «Полоцкий гарнизон – 100 лет в истории Белорусской армии», «Полоцк 1944» и другие.