Пять этажей Музея истории и археологии Урала хранят историю Урала с древнейших времен до советской эпохи. Зал с раритетными деревянными витринами-шкафами и портретами уральских краеведов-любителей рассказывает «Историю УОЛЕ» (Уральского общества любителей естествознания, которое основало первый музей в Екатеринбурге). «Древнюю историю народов Урала» представляют птицевидные идолы иткульской культуры, фрагменты керамики, уникальное навершие жезла в виде головы белки.

В экспозиции «Горный мир. На путях в Сибирь» можно узнать о личности Ермака и заселении Урала русскими, развитии уральских заводов в XVIII–XIX веках, екатеринбургских купцах и старообрядцах, вкладе уральцев в ход Отечественной войны 1812 года. Среди ценных артефактов – медная посуда, монеты, пушки уральских заводов. В этнографической экспозиции «На одной земле, под одним небом» гости побывают в мансийском чуме, башкирской юрте и русской избе, увидят традиционную утварь и костюмы народов Урала.

Зал памяти Романовых посвящен России в эпоху Николая II и гибели императорской семьи. Здесь можно увидеть подлинные фрагменты интерьера и декора «дома особого назначения» (декора комнат, бронзовую фурнитуру, камин из столовой, оконную решетку из подвала) и рассмотреть его в деталях благодаря научной 3D-реконструкции дома инженера Ипатьева и хроники событий июля 1918 года. Экспозиция «Урал – фронту» обновлена в 2015 году и рассказывает о вкладе уральцев в победу: на фронтах, заводских цехах и на колхозных полях.