ในปี พ.ศ. 2505 คณะรัฐมนตรีได้อนุมัติให้กระทรวงศึกษาธิการ ดำเนินการสร้างท้องฟ้าจำลองกรุงเทพและหอดูดาว ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญและมีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการศึกษาวิชาภูมิศาสตร์ วิทยาศาสตร์ และดาราศาสตร์ ตลอดจนเป็นแหล่งที่เยาวชนสามารถไปชุมนุมหาความรู้ได้ง่าย โดยจะได้เรียนจากของจำลองเหมือนของจริง ทำให้เข้าใจได้ลึกซึ้งและรวดเร็วกว่าการสอนด้วยปากเปล่า รวมทั้งก่อให้เกิดความรู้ ความคิด ความมีเหตุผลและความเพลิดเพลิน แบ่งส่วนจัดแสดงออกเป็น

          อาคารท้องฟ้าจำลอง ภายในอาคารตรงกลางเป็นโดมท้องฟ้าจำลองกรุงเทพ จัดการแสดงท้องฟ้าจำลองกรุงเทพรอบละ 1 ชั่วโมง โดยการบรรยายให้ความรู้ด้านดาราศาสตร์ในช่วงแรก และจัดฉายภาพยนตร์เต็มโดมในช่วงท้าย มีการเปลี่ยนหัวข้อการแสดงทุก ๆ เดือน และจัดแสดงนิทรรศการด้านดาราศาสตร์และอวกาศ บริเวณรอบนอกโดม

            อาคารพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ จัดแสดงนิทรรศการด้านวิทยาศาสตร์พื้นฐานและวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีด้านต่างๆ เช่น ธีออส..ดวงตาของชาติ ดินแดนแห่งแร่ พลังวิทย์พิชิตยาเสพติด คณิตศาสตร์แสนสนุก ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ ดาวเคราะห์สีฟ้า ความลับของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งมีมุมเครื่องเล่นทางวิทยาศาสตร์ เช่น มุมวิทยาศาสตร์แสนสนุก สัมผัสอวกาศ ลูกกลมกลิ้ง

          อาคารโลกใต้น้ำ จัดแสดงนิทรรศการ "มหัศจรรย์ชีวิตในสายน้ำ" ผ่านกลุ่มปลาหายาก ปลาใกล้สูญพันธ์ ปลาเศรษฐกิจ ปลาน้ำจืด ปลาน้ำเค็ม และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อาศัยอยู่ในทะเล

          อาคารธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม จัดแสดงนิทรรศการด้านธรรมชาติวิทยา และสิ่งแวดล้อม ทั้งเรื่องของมนุษย์ สัตว์ และพืช เช่น โลกดึกดำบรรพ์และไดโนเสาร์ ขุมทรัพย์โลกสีเขียว โลกของแมลง เมืองเด็ก ชีวิตพิศวง และมรดกธรรมชาติ

          อาคารความตระหนักรู้ด้านพลังงาน จัดแสดงเรื่องราวของพลังงานและความสัมพันธ์ของพลังงานกับการดำรงชีวิตของมนุษย์ และกิจกรรม Inter Active เพื่อสร้างความตระหนักรู้ในการอนุรักษ์พลังงาน

          นอกจากนี้ ยังมีหน่วยงานย่อยที่อยู่ภายใต้การกำกับดูแลของศูนย์วิทยาศาสตร์เพื่อการศึกษา ตั้งอยู่ในเขตคลองสาน มีชื่อว่า "ศูนย์สร้างสรรค์เยาวชน (กระจ่าง บริรักษ์นิติเกษตร)" ซึ่งเป็นศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์สำหรับเด็กเล็ก และระดับปฐมวัย