按照国务院和国家发改委关于海南国际旅游岛建设有关文件精神，海南省委省政府响应国家“一带一路”重大倡议启动中国（海南）南海博物馆建设项目。2016年5月，项目动工建设。建筑设计由何镜堂院士领衔的华南理工大学建筑设计研究院承担，融合现代美学风格与中国文化元素，取义“丝路逐浪，南海之舟”。2018年4月26日，经中央有关部委批准，正式对社会公众开放。截至目前，接待观众324余万人次。

目前，馆内设有9个陈列展览，包含“南海人文历史陈列”“南海自然生态陈列”“八百年守候——西沙华光礁I号沉船特展”“探海寻踪——中国水下考古与南海水下文化遗产保护”“深蓝宝藏——南海西北陆坡一二号沉船考古成果特展”“做海——南海渔家文化展（海南）”“只此绚丽——海上丝绸之路上的汉代珠饰展”“源同流异—馆藏清代外销艺术品展”“南海鲸灵——馆藏鲸类标本展”，旨在全方位、多角度展示南海人文历史、自然生态、水下文化遗产保护及海上丝绸之路。 其中，“南海人文历史陈列”荣获第十六届（2018年度）“全国博物馆十大陈列展览精品推介精品奖”，并入选国家文物局2019年度“弘扬中华优秀传统文化、培育社会主义核心价值观”主题展览征集推介项目，“做海——南海渔家文化展（海南）”入选国家文物局2020年度“弘扬优秀传统文化、培育社会主义核心价值观”主题展览推介项目。