Основу комплекса составляет доменная печь - единственный в Европе шедевр уральской промышленной архитектуры середины XIX века, находящийся в высокой степени сохранности и дающий полное представление о производственном процессе выплавки чугуна в позапрошлом веке.
Музей занимает территорию 8000 кв.м. и включает в себя два исторических здания, экспозицию под открытым небом и Спасо-Преображенскую часовню.
В здании бывшей кричной фабрики, построенной в 1842 году, расположен экспозиционный зал музея. Здание доменного цеха сохранилось практически без изменений с 1860 года.
В облике домны поражают выверенные пропорции и масштаб промышленного здания. Восьмигранное здание с куполообразной крышей и литейным двором напоминает храм. При его постройке использовались приёмы, элементы и кладка, характерные для возведения церквей.
В 1899 году в пристрое к корпусу доменной печи № 1 в период её реконструкции была установлена паровая воздуходувная машина, изготовленная в 1898 году. В литейном дворе доменного цеха в 80-е годы XX века установлена точная копия консольно-поворотного крана грузоподъемностью 14 тонн.
В здании сохранились опорные фермы кровли и кирпичная кладка XIX века, а также ряд механизмов. Привод прокатного стана, пущенного в эксплуатацию в 1891 году, сохранился практически в первозданном виде (маховик диаметром 8,55 метра и весом 30 тонн и трехвалковая шестеренная клеть). В центре экспозиционного зала представлены шабот и наковальня парового обжимного молота для ковки пудлинговых криц.
В экспозиции под открытым небом представлено оборудование Северского трубного завода, вышедшее из эксплуатации, и транспортные средства: рабочие клети прокатного сутуночного стана, пущенного в эксплуатацию в 1942 г. и остановленного в 2007г.
В 2017 и 2018 году экспозиция под открытым небом пополнилась новыми экспонатами. Площадь музея украсил пилигримовый стан, работавший в ТПЦ -1 с 1976 по 2014 гг. и кричный молот – точная копия молота 19 века.
В 2014 году рядом с входной группой музея размещена экспозиция «Мастерская природы», в которой представлены минералы и горные породы, добываемые в окрестностях Полевского.