天水工业博物馆陈列展览以“天工开物——百年潮涌”为主题，以叙事型展陈为主线，通过透物见人见生活，主要用物化遗存讲好天水工业的故事。以此留住城市历史记忆、传承民族工业文化、培养公众科技创新意识、激发公众爱国情怀。展厅包括序厅、工业历史馆、工业成就馆、科技体验馆和时光走廊。

        在整个展览设计中，以时间发展脉络为内容设计主轴，系统介绍了天水工业的过去、现在与未来。划分为古代手工业、民国工业肇始、建国初期工业发展、“三线建设”、改革开放、工业强市和新时代六大主题篇章。

        在形式展陈设计中，充分尊重老厂房本身的建筑结构，展陈与建筑相融合，史料准确，色彩时代感强烈，新科技、新技术运用充分，整个展厅充满了浓浓的工业风。

        进入序厅，艺术浮雕墙是展现整个天水工业历史的缩影，主体以“三线建设”为中心，展现工人阶级无畏艰难、艰苦奋斗的画面。浮雕墙正对的是以工业波澜起伏的发展历程为内容的大型折弯型LED屏影片，内容丰富、视觉唯美，让参观者不知不觉沉浸式融入浓缩的天水工业史中。

        序厅边上陈列的是一台牙条机。这台用于加工数控机床走刀箱专用齿条的大型机器，是原天水星火机床厂于1974年自行设计生产的，一直使用至2014年才停用，是当时全国机床行业唯一一台利用车削工艺加工机床齿条的专用设备，反映了天水机床工业的辉煌成就。

        1949年8月3日，天水解放，随即掀起了经济建设的热潮，修建天水至兰州的铁路是党中央做出的重大决策。历经3年多时间的修建，天兰铁路修通，于1952年10月1日国庆三周年时在天水火车站举行了盛大的庆典活动，毛泽东亲自为其题词：“庆贺天兰路通车，继续努力修筑兰新路”。展览专门复原了天兰铁路通车庆典场景，兴奋的群众争相购买载有新闻的报纸，报童情急之下将报纸抛向空中，共庆这一盛事。

        工业历史馆最大限度地保留了原有厂房空间，空间经过重新组织，增加了层次，丰富了体验。在这里讲述着天水的岁月故事：中国最早的彩陶；1919年哈锐创办的天水第一家民营股份制企业——炳兴火柴厂；1922年天水的第一个机械工业——陇南机器局……

        民国年间，天水的民族工商业出现了一次“黄金年代”。“五城连珠”的天水老城里形成了全义堂、万春堂、复兴茂、全盛昌等一批百年老商号齐聚的西关商街，博物馆里设计了一条微缩的商街，再现了繁华的景象。

        厂牌墙上，“国营永红器材厂”“天水星火机床厂”“国营天光电工厂”“国营庆华仪器厂”“甘肃绒线厂”……一个个熟悉的工厂名称带给人们无尽的回忆。