北京奥运博物馆位于国家体育场（鸟巢）南侧，承担着奥运藏品研究、收藏、保护、展示、征集和教育等职能，是奥运文化遗产的重要传承机构。经过两年多的努力，北京奥运博物馆于2023年底完成了室内、室外4项工程升级改造任务，升级了展示体验功能，完善了教育研究功能，拓展了对外交流功能，提升了服务保障功能。
升级改造后，北京奥运博物馆室内展陈突出了北京双奥元素，由序厅、基本陈列展厅、互动展区、临时展区等部分组成。其中，序厅主要展示“新中国与奥林匹克运动”、“现代奥林匹克运动”两部分内容。基本陈列展厅以“圆梦双奥 共创未来”为主题，展陈面积为8604平方米，分为“冬奥盛会”“夏奥记忆”“双奥之城”三部分，由1394件展品和大量精彩图片、视频画面组成，通过大型场景复原、多媒体沙盘和实物裸展等多种陈列形式，全方位展现中国共产党团结带领中国人民申办、筹办、举办2008年奥运会和2022年冬奥会的奋斗历程以及世界各国（地区）运动员顽强拼搏的精彩时刻和感人故事、两届奥运会对促进主办城市发展的深远影响、中国为世界奥林匹克运动作出的贡献。
升级改造后的北京奥运博物馆还设置了特色展示区域，包括中国范本专题展、“双奥”冠军墙、专题互动展区三部分。中国范本专题展从科学防疫、科技冬奥、绿色冬奥和“带动三亿人参与冰雪运动”四个方面展示了北京冬奥会筹办、举办的光辉历程。“双奥”冠军墙集中展示了北京2008年奥运会和北京2022年冬奥会获奖运动员登上颁奖台的“高光时刻”，观众通过科技互动项目可以“与冠军合影”。专题互动展区以“体育世界”为主题，设置了多元互动设施，观众可通过这些设施沉浸式体验冬奥会和夏奥会的体育项目。
在升级改造过程中，北京奥运博物馆还统筹室内场馆和室外广场，探索开展“馆园融合，以馆带园，以园促馆”的运行模式。其中室外景观包括双奥广场和双奥庭院。双奥广场包括鸟巢南广场和连通景观大道与博物馆入口的“双奥之路”，广场上设立了奥林匹克五环标识、北京冬奥大雪花雕塑及中国国旗、奥运五环旗等组成的旗阵，是观众拍照打卡的好去处。双奥庭院位于博物馆主入口处，两侧的双奥主题浮雕和门前新建的层叠水景与台阶、坐阶结合组成了“户外小剧场”。小剧场前的树池与坐阶的造型排列组成了“奥林匹克”英文（Olympic）摩斯密码图案，独具匠心。室内功能区包括观众服务中心（咨询台）、主题前厅、文创社教区、多功能交流区、多功能报告厅。观众服务中心（咨询台）位于博物馆室内入口东侧，提供咨询服务、轮椅和婴儿车租用、大件行李寄存等服务。主题前厅位于博物馆一层，前厅地面展示了北京2008年奥运会开幕式上的巨幅画作。两侧浮雕分别展现了北京2008年奥运会和北京2022年冬奥会的经典运动项目和重要竞赛场馆。文创社教区在北京奥运博物馆一层东侧，设置了社教活动区、图书阅览区、文创店和咖啡厅，为公众提供教育、休闲、餐饮、购物等服务。多功能交流区加装可移动隔板和展示、会议设施，满足举办临时专题展览、国际会议、信息发布等多功能使用需求。多功能报告厅设置在博物馆地下一层，是开展博物馆讲座、电影鉴赏、国际学术交流研讨会等活动的场所。
北京奥运博物馆每周二至周日9:00至17:00开放，16:00停止入馆，国家法定节假日除外。团体观众可以免费预约参观，个人观众可免预约参观。
