沂南汉墓博物馆位于沂南县城西三公里的北寨村，是在沂南北寨墓群基础上修建的一座专题性博物馆，主要向人们展示北寨墓群墓葬文化及出土遗物，传播汉代民族文化。沂南汉墓博物馆南北长66.4米，东西宽67.5米，占地面积4017.2平方米。馆内设墓室保护房、文物陈列室等。所有建筑外形，集仿古与园林风格于一体，均仿照东汉时期的建筑，给人们一种身处其时，身临其境的体验。
博物馆内正中偏北位置，是原址完整保护、闻名遐迩的北寨汉画像石墓（一号墓），该墓规模宏大，墓室结构复杂，画像雕刻精美，内容极其丰富，是我国现已发现、保存较为完美的，为中外学者高度关注的一座汉画像石墓。一号墓坐北向南，用280块预制石材筑成，其中画像石42块，画像73幅，画像面积44.2平方米。墓南北长8.7米，东西宽7.55米，由前中后三个主室，东三个侧室，西两个侧室组成，总计为八室。室与室之间都有门直通。整个墓室的构筑是由地面、台子、支柱、墙壁、横额、中柱、过梁、横枋、拦角石、盖顶石等先后顺序垒筑起来的，建筑技术相当先进。墓门高2.74米，由门楣、横额和东、西、中三个立柱组成。
门的横额和立柱上均刻有画像。立柱部分分别刻有伏羲、女娲、东王公，西王母及羽人、玉兔捣药等祥瑞图像。门楣横额部分则表现出一战争场面。前室面阔两间，进深两间，从地面到墓顶高2.8米，室中有八角形擎天石柱。顶部是用石条构成几个方形重叠而上的抹角结构藻井，既美观又大方。前室画像内容不少，但主题是祭祀，主要表现了墓主人死后的衷荣，分布于东、南、西三壁横额上。肃穆虔诚的致祭者或躬立，或跪伏于地，足见墓主人的官位之高。前室四壁、北壁上横额及八角擎天柱上，则刻有大傩驱鬼、伐鼓、拥彗和神灵、祥瑞图像。
中室高3.12米，面阔两间，进深两间，亦有八角形擎天柱。中室画像内容更为丰富，有车马出行，丰收宴享，乐舞百戏等，主要表现了墓主人的高贵身份和富足逸乐的生活。中室的四壁，刻有苍颉造字、卫姬请罪、尧舜禅让、荆轲刺秦王、孔子见老子等历史故事和历史人物，并有榜题“苍颉、齐桓公、卫姬、苏武”等12处28个汉字，这些画像生动细腻，令人惊叹。
后室由一个斗拱分隔成两间，仅有一个侧室，很显然是一带便池的厕所。拱的式样同中室一样，梁拱也是由整块石头雕成。分布于后室隔墙上的画像，主要描写了墓主人的-内的生活，有侍女持奁图、仆人洗涤图等。
沂南汉墓博物馆一号画像石墓以气魄雄伟、结构谨严见长，表现出汉代建筑艺术达到了相当高的水准。它是汉代民间艺术家集体创造的作品，是将两汉建筑艺术、雕刻艺术、绘画艺术综合起来而去粗存精，推陈出新的作品。
一号墓早年被盗，仅存有少量残破的陶器和铜镞，墓主姓名无考。
二号墓在一号墓的南面偏东，两墓相距20米。是东汉晚期较大的砖石墓。除两个耳室和一个后室的券顶完整外，其余各室的券顶均不同程度的损坏。由于墓早期被盗，墓券顶砖的丢落，使墓室内积满淤泥，经精细清理，出土完整和可复原的陶器、石器、铜器、银器等80余件及100多枚铜钱，另有铁刀和漆器腐朽的痕迹。
沂南汉墓博物馆大站东侧为拓片陈列室，展有一号墓画像拓片。图像清晰，资料丰富，给人们参观以更多便利。
院内东侧则陈列有从沂南各地收集而来的34块汉画像石，内容有:车马出行、大禹治水、祥禽瑞兽等。为研究沂南汉代历史及汉画像石墓分布情况，提供了大量的实物资料。