موزه بزرگ خراسان دارای چند بخش است که شامل نمایشگاه سنگ‌های قیمتی، کتابخانه و مرکز اسناد، آمفی‌تئاتر و سالن موزه‌ای نمایشگاه «چهارده قرن هنر و تمدن ایران در دوره اسلامی» در سه طبقه می‌شود. همچنین باید به بخش آزمایشگاه و کارگاه مرمت آثار اشاره کرد، در واقع آثاری که وارد موزه می‌شوند ابتدا در آزمایشگاه پاکسازی می‌شوند، سپس به مخزن منتقل و اگه نیاز به مرمت باشد، مرمت خواهند شد.
بازدیدکنندگان در ابتدای ورود به موزه در طبقه همکف از نمایشگاه سنگ‌های قیمتی بازدید می‌کنند، این نمایشگاه به مناسبت انتخاب مشهد به عنوان شهر جهانی گوهرسنگ‌های قیمتی برپا شده است.
در این نمایشگاه انواع سنگ‌ها و کانی‌های زیبا، رنگارنگ و قیمتی وجود دارد یکی از شاخص‌ترین سنگ‌های این نمایشگاه گارنت دمانتوئید یا الماس سبزرنگ است، همچنین می‌توان زیباترین و درخشان‌ترین جواهرات و کانی‌های آبی، زرد و بنفش را مشاهده کرد در بین آثار شگفت طبیعت، سنگ‌هایی که آمیخته از چند رنگ صورتی، سبز و آبی نیز هستند به‌چشم می‌خورد. در این نمایشگاه امکان فروش سنگ و جواهرات به بازدیدکنندگان وجود دارد.
در قسمت وسط طبقه همکف موزه، پایه‌های آتشدان که متعلق به دوره ساسانی است قرار دارد، در این قسمت بخش حفره آتشدان که درون آن آتش قرار می‌گرفته مشخص است.
به طبقه اول موزه که برویم آثار، ظروف و لباس‌های جنگی متعلق به دوران صفوی و همچنین قرن ششم و هفتم را می‌بینیم. کلاه‌خود و چهار آیینه فولادی زرکوب، صندوق چوبی قبر با کتیبه نسخ و کاشی محرابی زرین بخشی از آثار به نمایش درآمده در نمایشگاه چهارده قرن هنر و تمدن ایران در دوره اسلامی است.
در طبقه بعد نیز لباس‌های نخی که آیاتی از قرآن به عنوان حرز بر روی آنها نگاشته شده را می‌توانیم ببینیم. همچنین تعدادی قالیچه خوش نقش و نگار و ظریف از بافت مود بیرجند که متعلق به قرن سیزدهم هجری قمری هستند در این طبقه در معرض دید بازدیدکنندگان قرار گرفته است.
باید به کتابخانه و مرکز اسناد تخصصی موزه اشاره کرد که دارای 5 هزار جلد کتاب و سند است. کتاب‌های عمومی کتابخانه کم است و بیشتر ویژه محققان و دانشجویان رشته‌های تاریخ و باستان شناسی است.
مهدی کفشچی، مدیر موزه بزرگ خراسان در گفت‌وگو با خبرنگار ایسنا- منطقه خراسان، اظهار کرد: در نوروز امسال و از 27 اسفندماه با افزایش ساعت بازدید از موزه بزرگ خراسان، روزانه ۴۰۰ نفر از این موزه بازدید کردند.
وی خاطرنشان کرد: امسال نمایشگاه چهارده قرن هنر و تمدن ایران در دوره اسلامی طبق مصوبه هیات دولت به مناسبت رویداد مشهد 2017 برپا شد و سازمان میراث فرهنگی 200 شیء هنری فاخر از موزه ملی، قرآن، رضا عباسی، کاخ موزه سعدآباد، کاخ موزه گلستان، آبگینه و موزه خراسان طبق پروسه‌ای به موزه بزرگ خراسان ارسال کرد.
مدیر موزه بزرگ خراسان یادآور شد: مجوز موزه 6 ماهه است و امیدواریم که برای یک‌سال تمدید شود اشیاء این موزه بسیار شاخص هستند، در واقع این اشیاء از داخل ویترین موزه ملی و نه از مخزن انتخاب شدند، لذا امسال میزان بازدیدکنندگان بیشتر بوده است و مردم نیز در بازدید از نمایشگاه رضایت‌مندی بیشتری ابراز کردند.
وی درباره نمایشگاه سنگ‌های قیمتی گفت: این نمایشگاه توسط بخش خصوصی طبق تفاهم‌نامه‌ای که با سازمان میراث فرهنگی داشتند برپا شده است، این نمایشگاه پیش از این در باغ ارم شیراز و برج آزادی تهران برپا بود و با انتخاب مشهد به عنوان شهر جهانی گوهرسنگ‌های قیمتی به موزه بزرگ خراسان تغییر مکان یافت.
کفشچی اظهار کرد: به دلیل اینکه میزان بازدیدکننده‌ها ارتباط مستقیم با حضور مردم و مسافران در پارک کوهسنگی دارد پیش‌بینی می‌شود تعداد گردشگران در طول بیست روز تعطیلات نوروزی به ۱۵ هزار بازدیدکننده افزایش یابد.
موزه بزرگ خراسان در پارک کوهسنگی مشهد واقع شده است. گردشگران و زائران از ساعت 8 تا 19 می‌توانند از این موزه بازدید کنند. قیمت بازدید از موزه 3 هزار تومان است که از گردشگران خارجی باید مبلغ 20 هزار تومان پرداخت کنند.