中心的機構設置有陳列館、保護研究所、文物庫房以及管理部門。保護所及管理部門置在陳列館東側，中間設有栽種綠化之中院，以便保持兩部門的獨立環境，并可供參觀者小憩。兩座建筑間的通路供工作人員出入專用，與參觀者路口分開。將陳列館與保護所經常利用的文物庫房配置于兩者中間，以利于陳列和保護工作，也利于物品搬運。

二層的陳列館是本建筑的主體，其中高大寬闊、氣勢宏偉的下層是第1陳列室，其西側從北至南依次修建有8個具有敦煌藝術代表性的洞窟模型，其洞窟造型、大小規模、壁畫塑像都按原洞窟仿造。這8個洞窟是莫高窟北魏275窟、西魏249窟、285窟、隋代419窟、初唐220窟、盛唐217窟、中唐榆林窟25窟、元代第3窟。均為特級洞窟，是敦煌藝術的精髓，其中有的以前均不開放參觀。

該陳列室東南大廳墻上是多種專題的壁畫臨摹品的規劃陳列，從中可看到服飾、圖案、說法圖、經變、建筑、風俗、科技、肖像、音樂、舞蹈、彩塑以及絲綢之路交流的情況等。這種陳列可定期更換。

上層第2陳列室為莫高窟出土文物，如塑像、雕像、鑄像；刺繡、織品、幡等數十件絲織品；藏經洞遺書400多件。此外還有出土的壺、甕、碟等生活用品及畫工所用的水壺、調色碟、顏料等。所有文物都放置在玻璃陳列柜。

陳列室采用天井采光，面向中院處，設置采光窗，為了防止文物展品退色，采用由北側采光。對臨摹壁畫設置頂部照明。

"陳列中心"的建筑面積約4950平方米，內含展覽廳3241平方米，文物庫房399平方米，保護研究所765平方米，其中包括供科研工作者研究的專用實驗室、儀器室、文物修復室、攝影錄像室、石窟保護檔案室、資料室等。管理及公用部門617平方米。內部設備包括火災報警、視頻影像記錄裝置、攝影機、放映機、幻燈機、視頻閱讀裝置、陳列柜、電話、變電、備用發電機、冷暖氣、換氣設備等。