原子城纪念馆位于海西镇，王洛宾音乐艺术馆东边。纪念馆的外观设计，源起于核武器研制基地的生产厂房，一部分置埋于地下，形成了掩体的效果。馆前有座雕塑，据说呈现的是原子弹爆炸前的形态。

纪念馆占地9615平方米，为乳白色半掩体结构，整个建筑庄严肃穆。纪念馆入口的门楣上，镶嵌着三块巨大的青黑色石雕。石雕的中间是一个核裂变的图案，周围装饰着八卦、太极图等中国传统图案。纪念馆正前方是一座可容纳数百人的广场，入口东侧是醒目的主题雕塑《聚》。

纪念馆共分两层，一楼五个展厅分别为“历史抉择”、“激情岁月”、“勇攀高峰”、“东方巨响”、“共和国的记忆”，这五大展厅围绕着大厅呈圆形依次排开，记录了221厂的沧桑历程。

纪念馆的镇馆之宝之一是东风二号导弹，1966年10月27日它曾在我国本土完成了带核空中爆炸试验，成为了共和国核工业发展史的见证。