พิพิธภัณฑ์กีฬาแห่งชาติ อยู่ภายในอาคารสนามกีฬาเฉลิมพระเกียรติ เป็นสถานที่อนุรักษ์มรดกทางการกีฬาของประเทศไว้ให้เยาวชนและประชาชน ได้ศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาของการกีฬาของชาติ รวมทั้งเพื่อจัดตั้งเป็นหอเกียรติยศของอดีตนักกีฬาทีมชาติไทย

ภายในแบ่งห้องจัดแสดง ประกอบด้วย

1. โถงต้อนรับ

2. ห้องวิวัฒนาการกีฬาสากลของไทย

3. ห้ององค์กรกีฬา

4. หอเกียรติยศนักกีฬา

5. ห้องสมาคมกีฬาและกีฬาพื้นบ้านไทย

6. ห้องกิตติคุณ

7. ห้องพระองค์เจ้าพีระ

8. ห้องพระบรมวงศานุวงศ์กับการกีฬา

9. ห้องพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวกับการกีฬา

และทางพิพิธภัณฑ์กีฬาแห่งชาติ ยังได้จัดให้บริการสืบค้นข้อมูลทางทางอินเตอร์เน็ตแก่ผู้มาใช้บริการโดยไม่เสียค่าใช้จ่ายอีกด้วย