Las funciones del Museo son dos básicamente: por una parte, difundir el conocimiento de los orígenes y los propósitos del movimiento olímpico, por otra, conservar los testimonios materiales y los registros documentales del mismo. Las exposiciones permanentes comprenden dos conjuntos temáticos, uno que reseña el origen y la evolución del olimpismo, otro que se refiere a la esencia del espíritu olímpico y a su más destacada manifestación, los Juegos Olímpicos. El primero, ubicado en la planta baja del museo, presenta los símbolos del olimpismo contemporáneo, en la que destaca un despliegue de las antorchas de todos los juegos, la historia de los juegos olímpicos de la antigüedad, la vida y obra de Pierre de Coubertin, así como la fundación y desarrollo del Comité Olímpico Internacional, su organización y funciones.

El segundo, en el primer piso, ofrece una visión sintética, dinámica, cargada de emoción, de los Juegos Olímpicos, mediante proyecciones de imágenes de gran formato, acompañadas musicalmente con obras compuestas para estas presentaciones. En el mismo espacio se exhiben implementos deportivos de famosos medallistas olímpicos, instrumentos empleados a lo largo del tiempo para el registro y control del desempeño de los atletas, medallas de premiación y conmemorativas, así como obras de arte moderno seleccionadas del acervo del museo. En una sala contigua se exhiben las colecciones de filatelia olímpica. Las exposiciones se complementan con numerosos conjuntos de terminales interactivas con información referida a múltiples temas olímpicos.

Para presentar de manera ordenada y con unidad de diseño esta gran variedad de temas, objetos y medios, se concibieron estructuras museográficas de trazos dinámicos que, sin dividir las salas, definen espacialmente las diversas unidades de exhibición. La museografía se distingue además, por la eficacia de sus recursos de comunicación, en los que se emplearon las tecnologías audiovisuales e interactivas más avanzadas del momento que, aunadas a su espectacularidad, permitirán actualizar la información en cada ciclo olímpico. La utilización inédita de estos medios como, por ejemplo, la integración de amplios cicloramas de pantallas electrónicas, abrieron para la museografía un nuevo mundo de posibilidades.