อนุสรณ์สถานแห่งชาติประกอบด้วยส่วนสำคัญ 5 ส่วน คือ

ลานประกอบพิธี

เป็นพื้นที่สำหรับตั้งแถวทหารกองเกียรติยศได้ 3 กองร้อย เพื่อต้อนรับประมุข หรือบุคคลสำคัญของประเทศและต่างประเทศที่มาเยือนอนุสรณ์สถานแห่งชาติอย่างเป็นทางการ นอกจากนี่ยังใช้สำหรับวางพวงมาลาในพิธีสำคัญต่าง ๆ บนลานประกอบพิธีประดับธงกองบัญชาการกองทัพไทย ธงกองทัพบก ธงกองทัพเรือ ธงกองทัพอากาศ ธงสำนักงานตำรวจแห่งชาติ และธงกองอาสารักษาดินแดน ส่วนด้านข้างประดับธงชาติไทยสลับกับธงชาติของประเทศที่มาเยือน

อาคารประกอบพิธี

อาคารประกอบพิธีแล้วเสร็จเมื่อเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2533 เป็นอาคารชั้นเดียว หลังคาทรงไทย ขนาดกว้าง 12 เมตร ยาว 20 เมตร ใช้สำหรับประกอบพิธีทางศาสนาและพิธีสำคัญของชาติ มีสิ่งสำคัญดังนี้

1. ดวงโคมนิรันดร์ประภา
2. พระบรมรูปมหาราช 9 พระองค์
3. บทโคลงพระราชนิพนธ์
4. ภาพการก่อตั้งราชธานี
5. ภาพมงคลแปด
6. ภาพเครื่องราชอิสริยาภรณ์

โดยใต้ดวงโคมนิรันดร์ประภาบรรจุดินจากสมรภูมิสำคัญในอดีต รวม 10 แห่ง ได้แก่

• ดินสมรภูมิไทยรบขอม สมัยสุโขทัย
• ดินสมรภูมิไทยรบพม่า ในสงครามยุทธหัตถี พ.ศ. 2135
• ดินสมรภูมิไทยรบพม่า ในศึกบางระจัน พ.ศ. 2308
• ดินสมรภูมิไทยรบพม่า ที่ค่ายโพธิ์สามต้น พ.ศ. 2310
• ดินสมรภูมิไทยรบพม่า ที่ตำบลบางแก้ว ราชบุรี ในศึกบางแก้ว พ.ศ. 2317
• ดินสมรภูมิไทยรบพม่า ที่ทุ่งลาดหญ้า กาญจนบุรี ในสงคราม 9 ทัพ พ.ศ. 2328
• ดินสมรภูมิไทยรบพม่า ในศึกถลาง พ.ศ. 2328
• ดินสมรภูมิไทยรบพม่า ที่เมืองเชียงใหม่ พ.ศ. 2345
• ดินสมรภูมิไทยรบพม่า ที่เมืองเชียงแสน พ.ศ. 2347
• ดินสมรภูมิไทยรบลาว ที่ทุ่งสัมฤทธิ์ นครราชสีมา พ.ศ. 2369

ซึ่งดินที่นำมาบรรจุนี้เป็นดินจากสถานที่เกิดสมรภูมิจริง โดยกรมทรัพยากรธรณี ได้ทำการตรวจสอบชั้นดิน เพื่อให้ได้ดินที่อยู่ในช่วงเวลานั้นจริง ๆ

อาคารประวัติศาสตร์และพิพิธภัณฑ์ทหาร

หุ่นจำลองเหตุการณ์ยุทธนาวีเกาะช้าง ภายในชั้น 1 อาคารประวัติศาสตร์และพิพิธภัณฑ์ทหารพระรูปหุ่นขี้ผึ้งเต็มองค์ จอมพล พระเจ้าบรมวงศ์เธอ พระองค์เจ้าจิรประวัติวรเดช กรมหลวงนครไชยศรีสุรเดช ในฉลองพระองค์เต็มยศนายทหารบกแห่งกองทัพบกไทย จัดแสดงที่ชั้น 4 อาคารประวัติศาสตร์และพิพิธภัณฑ์ทหาร

อาคารประวัติศาสตร์และพิพิธภัณฑ์ทหาร มีลักษณะคล้ายป้อมค่ายหอรบสมัยโบราณ ด้านหน้าของอาคารนี้ประดิษฐานพระบรมรูปพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว องค์พระราชทานกำเนิดกองทัพไทยสมัยใหม่ ประทับยืนอยู่ในชุดฉลองพระองค์เต็มยศจอมพลทหารบก ขนาดหนึ่งเท่าครึ่งของพระองค์จริง โดยสลักจากหินอ่อน

ภายในอาคารประวัติศาสตร์ และพิพิธภัณฑ์ทหาร มีการจัดแสดงกิจกรรมต่าง ๆ ทั้ง 4 ชั้น ดังนี้

• ชั้นที่ 1 จัดเป็นห้องเกียรติยศตามแนวพระราชดำริของสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ เพื่อเชิดชูเกียรติและวีรกรรมของทหาร ตำรวจ และพลเรือน ที่ปฏิบัติการรบด้วยความกล้าหาญ จนได้รับพระราชทานเครื่องราชอิสริยาภรณ์อันมีศักดิ์รามาธิบดี และเหรียญกล้าหาญ เพื่อปลุกใจให้อนุชนรุ่นหลังได้รำลึกถึง และ จัดแสดงหุ่นจำลองเหตุการณ์สงครามสมัยใหม่ที่กองทัพไทยได้ปฏิบัติการรบครั้งสำคัญ 5 สงคราม คือ

• • สงครามโลกครั้งที่ 1 จำลองเหตุการณ์ กองทหารไทยสวนสนามผ่านประตูชัย ณ กรุงปารีส
  • กรณีพิพาทอินโดจีน จำลองเหตุการณ์ ยุทธนาวีเกาะช้าง
  • สงครามมหาเอเซียบูรพา จำลองเหตุการณ์ วีรกรรมกองบินน้อยที่ 5
  • สงครามเกาหลี จำลองเหตุการณ์ การรบที่เขาพอร์คชอพ
  • สงครามเวียดนาม จำลองเหตุการณ์ การรบในป่าเวียดนาม

• ชั้นที่ 2 กำแพงแก้วรอบระเบียงได้จารึกนามผู้กล้าหาญซึ่งเสียชีวิตจากการรบ เพื่อป้องกันประเทศในสงครามต่าง ๆ รวมทั้งผู้ปฏิบัติการป้องกันผู้ก่อการร้ายภายในประเทศ รวมจำนวนขณะนี้ 80000 ชื่อ ภายในอาคารชั้นที่ 2 จัดสร้างเป็นห้องพิพิธภัณฑ์เฉลิมพระเกียรติจอมทัพไทย แสดงพระราชกรณียกิจอันเกี่ยวเนื่องกับกองทัพ และ กรณียกิจของกองทัพเพื่อสนองโครงการในพระราชดำริ

• ชั้นที่ 3 จัดแสดงหุ่นจำลองเหตุการณ์สำคัญทางประวัติศาสตร์ 14 เหตุการณ์

• ชั้นที่ 4 จัดแสดงเครื่องแบบ เครื่องหมายยศ และส่วนประกอบของเครื่องแบบทหาร โดยมีการจัดแสดงดังนี้

• 1. จัดแสดงเครื่องแบบ เครื่องแต่งกายโดยใช้หุ่นจัดแสดง และภาพประกอบ แบ่งการจัดแสดงออกเป็น 6 สมัยคือ สมัยก่อนสุโขทัย สมัยสุโขทัย สมัยอยุธยา สมัยธนบุรี สมัยรัตนโกสินทร์ตอนต้น และสมัยปัจจุบัน จำนวน 15 หุ่น
  2. จัดแสดงส่วนประกอบของเครื่องแบบ เช่น หน้าหมวก อินทรธนู เครื่องหมายยศ กระดุม เครื่องหมายเหล่า และเครื่องหมายสังกัด
  3. จัดแสดงหุ่นเท่าคนจริงแต่งเครื่องแบบเต็มยศ จำนวน 4 หุ่น คือ หุ่นทหารบก หุ่นทหารเรือ หุ่นทหารอากาศ และหุ่นตำรวจ
  4. การนำเสนอข้อมูลด้วยเครื่องจักรคำนวณ และวีดิทัศน์ เกี่ยวกับวิวัฒนาการของเครื่องแบบ เครื่องหมายยศ และเครื่องประกอบการแต่งกายของทหารตำรวจ ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน

อาคารภาพปริทัศน์

เป็นอาคารทรงแปดเหลี่ยม ผนังภายในอาคารโค้งเป็นวงกลม มีจิตรกรรมฝาผนังขนาดสูง 4.30 เมตร ยาว 90 เมตร ฝีมือนายปรีชา เถาทอง ศิลปินแห่งชาติ กับคณะนักศึกษาจากมหาวิทยาลัยศิลปากรและมหาวิทยาลัยรังสิต แสดงเหตุการณ์สำคัญทางประวัติศาสตร์ของชาติไทยตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน เพื่อให้เห็นถึงพระปรีชาสามารถของพระมหากษัตริย์ รวมทั้งความกล้าหาญเสียสละของบรรพบุรุษ ที่ได้อุทิศตนเพื่อปกป้องและรักษาเอกราชของชาติ

ภูมิสถาปัตยกรรมและพิพิธภัณฑ์กลางแจ้ง

เป็นการจัดและตกแต่งพื้นที่บริเวณภายนอกอาคารอนุสรณ์สถานแห่งชาติ ให้สวยงามและเหมาะสม โดยแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนภูมิสถาปัตยกรรมและส่วนพิพิธภัณฑ์กลางแจ้ง

1. ส่วนภูมิสถาปัตยกรรม ประกอบด้วย
   1. รั้ว อยู่ทางถนนวิภาวดีรังสิต ด้านถนนพหลโยธิน และด้านที่ติดกับที่ดินของเอกชน
   2. ประตู มีทั้งหมด 4 ประตู ด้านถนนวิภาวดีรังสิต 2 ประตู และด้านถนนพหลโยธิน 2 ประตู ลักษณะบานประตูเป็นโลหะอัลลอยด์โปร่งรูปอาวุธโบราณ และธงสามชาย
   3. ป้ายชื่อ มี 2 ป้าย อยู่กึ่งกลางรั้วด้านถนนวิภาวดีรังสิต และถนนพหลโยธิน จารึกคำว่า "อนุสรณ์สถานแห่งชาติ" ด้านล่างเป็นตัวอักษรภาษาอังกฤษสูง 20 เซนติเมตร จารึกคำว่า "National Memorial"
   4. ป้อมยาม มีทั้งหมด 4 ป้อม อยู่ทางด้านซ้ายของทางเข้า - ออก ทั้ง 4 ด้าน
   5. สวนพักผ่อน
   6. สวนอนุสรณ์สถานแห่งชาติ
   7. พื้นที่อเนกประสงค์
2. ส่วนพิพิธภัณฑ์กลางแจ้ง เป็นพื้นที่จัดแสดงวัตถุพิพิธภัณฑ์กลางแจ้งขนาดใหญ่ ประกอบด้วย
   1. รถสะเทินน้ำสะเทินบก (LVT)
   2. รถถังแบบ 83 (Light tant Type 95 HA - GO)
   3. เครื่องบิน บ.จฝ.13 (T - 28 D)
   4. เรือยนต์เร็วตรวจการลำน้ำ (เรือ นปข.)
   5. เฮลิคอปเตอร์แบบ 13
   6. รถถังเบาแบบ 77
   7. ปืนใหญ่ภูเขาแบบ 63
   8. ปืนใหญ่เบากระสุนวิถีโค้ง 105 มิลลิเมตร โบฟอร์ส อัตตาจร
   9. สะพานเครื่องหนุนมั่น

นอกจากนี้ อนุสรณ์สถานแห่งชาติ ยังเคยเป็นสถานที่แข่งขันรายการเกมโชว์ทางโทรทัศน์ อัจฉริยะข้ามคืน ล้านที่ 29 อีกด้วย