博物馆共有陈列室18间。前12间按时间顺序介绍安徒生生平及其各时期作品,展出大量安徒生作品的手稿、来往信件、画稿以及丹麦一些名画家、艺术家创作的有关安徒生生活的油画和雕塑。安徒生生前的用具仍按原样摆放着,古朴的家具,两只有补丁的仅皮箱,一顶礼帽,一个提包,一把雨伞,一根手杖。这些曾经长期伴随他的简陋的旅行行装,体现他朴实的生活和情趣。第11间为一建于1930是的圆柱形大厅,其几米高的环墙展出丹麦近代著名艺术家斯坦恩斯根据安徒生的自传体著作我的一生的童话而作的8幅壁画,内容有安徒生童年,离啕故乡,国外游历,与世界著名艺术家的交往,最后到1867年,人们欢呼安徒生被授于奥登塞市荣誉市民等安徒生生前各阶段的生活与写作的经历。
博物馆第13至18间包括有图书馆和录像录音播放室等,在这里人们拿起听筒就能听到安徒生的童话故事。这几个陈列室,收集了68个国家出版的96种文字的安徒生著作,收藏的中国出版的安徒生童话及著作共有27种,其中最早的是1926年发表在小说月报上的安徒生作品的中文译文。博物馆原建在安徒生的故居内,随着安徒生的声誉和著作影响的扩大,世界各国安徒生著作版本的增加以及博物馆参观者人数的增多,两度扩建:一次在1930年,为安徒生诞辰125周年;另一次在1975年,为安徒生逝世100周年。