Bảo tàng Thái Bình có chức năng nghiên cứu, sưu tầm, kiểm kê, bảo quản và trưng bày các tài liệu hiện vật về lịch sử mảnh đất và con người Thái Bình qua các chặng đường lịch sử.
Được khánh thành và đưa vào phục vụ nhân dân từ năm 2003, Bảo tàng Thái Bình đang quản lý, trưng bày gần 30.000 tài liệu, hiện vật, hình ảnh được chia thành những phần trưng bày chuyên đề, phong phú và sinh động. Từ cửa chính phía Nam đi vào tầng I là phòng khánh tiết trang trọng thông suốt 3 tầng với cụm Tượng đài "Bác Hồ với nhân dân Thái Bình và tình cảm của Đảng bộ nhân dân Thái Bình với Bác", hình ảnh gác chuông chùa Keo - biểu tượng văn hoá vĩnh hằng của quê hương Thái Bình cùng các biểu tượng truyền thống văn hiến và truyền thống đấu tranh của nhân dân Thái Bình qua các thời kỳ.
Không gian, diện tích trưng bày tầng 2 của Bảo tàng bao gồm các chủ đề: Lịch sử tự nhiên - sự hình thành đất đai và cư dân, đời sống văn hoá của con người Thái Bình, những mốc son tiêu biểu trong lịch sử xây dựng và bảo vệ quê hương của con người Thái Bình như: các hiện vật tại các di chỉ và trong mộ táng, những viên gạch hoa văn ô trám lồng, mô hình nhà, mô hình trang trại, bát đĩa có niên đại từ thế kỷ I đến thế kỷ III đầu công nguyên, minh chứng cho sự quần cư của cư dân Thái Bình.
Các sản phẩm văn hoá tinh thần như: cảnh chiếu chèo sân đình, nhà thuỷ đình với các tích trò quân rối tiêu biểu của làng Nguyễn và làng Đông Các, tài liệu hiện vật, hình ảnh, những công trình điêu khắc có giá trị như chùa Keo, đình An Cố, đền Đồng Bằng, đền Đồng Sâm…, các làng khoa bảng với hơn 100 gương mặt đại khoa, tiêu biểu nhất là Nhà bác học Lê Quý Đôn. Bên cạnh đó là phần trưng bày về truyền thống đấu tranh chống giặc ngoại xâm của nhân dân Thái Bình từ những trận đánh của Bát Nạn tướng quân, Minh Công Trần Lãm, Bùi Sĩ Tiêm, Nguyễn Mậu Kiến…
Tầng 3 của Bảo tàng là nơi trưng bày truyền thống cách mạng Thái Bình từ khi có Đảng lãnh đạo với những người con ưu tú ghi dấu những mốc son chói lọi trong lịch sử kháng chiến.
Trong những năm đổi mới, Thái Bình có những bước tiến mới, gặt hái được nhiều thành tựu to lớn trong các lĩnh vực kinh tế, văn hoá, xã hội và Bảo tàng Thái Bình cũng đã dành những phần trang trọng nhất để lưu giữ và trưng bày những thành tựu đó.
Ngoài ra Bảo tàng Thái Bình còn có phần trưng bày ngoài trời gồm các hiện vật có hình khối lớn gắn với những sự kiện và nhân vật lịch sử tiêu biểu của tỉnh trong các cuộc đấu tranh bảo vệ Tổ quốc như: Máy bay Mic 21 do đồng chí Phạm Tuân - Anh hùng lực lượng vũ trang đã từng bắn rơi máy bay B52 của Mỹ, xe tăng 843 do đồng chí Bùi Quang Thận chỉ huy và tham gia chiến dịch Hồ Chí Minh lịch sử…
Với hàng ngàn tài liệu, hiện vật quý, cùng với các giải pháp trưng bày mỹ thuật đẹp, các trang thiết bị nghe nhìn hiện đại được lưu giữ tại Bảo tàng Thái Bình. Mỗi năm Bảo tàng đã đón hàng chục nghìn lượt khách đến tham quan, học tập, nghiên cứu. Những năm tiếp theo, Bảo tàng tiếp tục cố gắng để xứng đáng là "từ điển bách khoa" về các giá trị lịch sử, văn hoá, kinh tế, khoa học của nhân dân Thái Bình.