在镇海楼西侧，有1964年建的碑廊和炮座。碑廊立有古代碑刻二十三方；炮座安放有明崇祯年间至鸦片战争时期广州地区铸造的城防大炮，还有购自德国克虏伯兵工厂的钢铁铸炮。东侧有1986年所建的专题陈列室，经常举办各种临时性或纪念性的专题展览。
镇海楼内陈列的是广州博物馆的基本陈列《广州历史陈列》。《广州历史陈列》以城市建设发展为主线，通过七百多件古代和近代文物、照片和资料，从政治、经济、文化、风俗等方面展示广州两千多年历史变迁的轨迹，使人们从中了解广州历史发展慨貌和文化特点。
五层楼展区分布为：
首层，广州地理模型与广州古城市示意图；

二楼，出土的新石器、秦汉、三国两晋南北朝时期（公元前4000年-公元589年）的历史文物；

三楼，陈列隋、唐、宋、元、明、清时期的历史文物；
四楼，陈列明清，特别是清代历史文物；

五楼，陈列鸦片战争后，即中国近代文物的历史资料，说明广州是资产阶级民主革命的策源地。