展览以人类观天手段之沿革为主题，分为“目之所及”“善假于物”“不畏浮云”三个篇章，生动讲述人类观天手段从裸眼到使用望远镜到太空观测的发展过程，以及在此过程中人类对宇宙认知的变化。本次展出有浑仪复制品、陨石、天文古籍、邮票、古董望远镜等200余件珍贵展品，其中来自英、法、德、美等国的40余架18世纪以来的西方古董望远镜为全国首次大规模展出，是展览的突出亮点。
“嫦娥五号”带回月壤首次亮相深圳，更增加了本次展览的内容。据了解，月球表面不是坚硬的岩石，而是覆盖了一层松散的土壤，科学家称之为”月壤”。对月壤的认识和研究是月球探测，以及未来建立月球基地、利用月球等不可或缺的基础。而月壤的用途原则上将分为永久存储、备份永久存储、研究和公益四种基础用途。除了进行科学研究之外，一部分入藏国家博物馆，进行公众科普教育；一部分将按协议与有关国家和世界的科学家其享；也有一部分按照国际惯例，可能作为国礼相送。
