В первом здании три зала: военного времени, памяти о погибших, послевоенного периода. В экспозиции музея представлены фотоматериалы, документы по истории авиации Северного флота, образованной в 1936 году. Особое внимание привлекают личные вещи ветеранов авиаторов-североморцев, среди которых пятьдесят три Героя Советского Союза,в том числе легендарный командир 2-го гвардейского авиаполка Б. Ф. Сафонов, удостоенный этого высокого звания дважды. В наши дни шесть лётчиков морской авиации Северного флота удостоены звания Героя Российской Федерации, среди них — генерал-майор Т. А. Апакидзе, трагически погибший в 2001 году. 

Во втором здании представлен дом, в котором жил Ю. А. Гагарин во время службы в Заполярье (1957—1960 гг.). 30 июля 1983 года состоялась торжественная церемония открытия дома-музея Ю. А. Гагарина, в котором воссозданы мемориальные комнаты и размещена экспозиция о службе будущего космонавта в военно-воздушных силах Северного флота.
В третьем здании (ангаре) музея собрана коллекция самолетов и вертолётов военного и послевоенного времени. Многие из них были найдены в сопках и восстановлены авиаторами-североморцами.