Начиная с 1969 года и по сегодняшний день, музей был и является главной выставочной площадкой Обнинска, но сам выставочный зал в нём появился только в 1992 году, с завершением строительства нового здания. Просторный, светлый зал с модулями и арочными проёмами является, по отзывам художников, одним из лучших в области. Зал расположен на втором этаже музея и имеет специализированное оборудование, систему освещения и развески.
В выставочном зале проходят городские групповые и персональные выставки обнинских художников, художников Калуги и Калужской области, художников Москвы, выставки детского творчества, декоративно-прикладного искусства и выставки к памятным датам Обнинска, Калужской области и Российской Федерации. В выставочном зале музей неоднократно демонстрировал и свою богатую коллекцию, включающую в себя произведения таких выдающихся художников XX века, как Р.Р. Фальк и П.П. Кончаловский.
Музей регулярно представляет яркие выставочные проекты различной художественной направленности (произведения живописи, графики, скульптуры и фотоискусства). Среди них стоит отметить сотрудничество с Российской Академией художеств, в рамках которого было проведено более 20 выставок произведений академиков РАХ.
Проводимые выставки остаются разноплановыми, отвечающими вкусам и интересам разной аудитории. Их всех отличает высокий профессиональный уровень выставляемых произведений.
