Dưới lòng đất tòa nhà Quốc hội, 140 di tích cùng hàng chục nghìn di vật qua 1.300 năm, từ thời Tiền Thăng Long (thế kỷ 7 - thế kỷ 10), đến thời kỳ Thăng Long (thế kỷ 11 - thế kỷ 18) khai quật năm 2008 - 2009 được chọn lọc trưng bày. Đây là dự án đặc biệt trưng bày di tích và hiện vật dưới tầng hầm Nhà Quốc hội, được giao cho Viện Hàn lâm Khoa học Xã hội Việt Nam, trực tiếp là Viện Nghiên cứu Kinh thành thực hiện từ năm 2012 với tên gọi đơn giản và khiêm tốn ban đầu là “Những phát hiện khảo cổ học dưới lòng đất Nhà Quốc hội”. Trưng bày này muốn kết nối giữa truyền thống và hiện đại, để tòa Nhà Quốc hội hóa thân vào tiến trình lịch sử dân tộc, phản ánh sức sống trường tồn của trung tâm quyền lực cao nhất trong lịch sử. Trên diện tích 3.700 m2, các di chỉ khảo cổ của nhiều giai đoạn lịch sử được tái hiện bằng công nghệ 3D, chiếu sáng nghệ thuật. Các dấu tích kiến trúc, hiện vật khảo cổ học phát lộ được trưng bày thành 2 không gian chính, thời kỳ Tiền Thăng Long (tại tầng hầm 2) và thời kỳ Thăng Long (tại tầng hầm 1).

Ít ai biết rằng sâu trong lòng đất, tại hai tầng hầm của Nhà Quốc hội, có một không gian đầy những thanh âm của tiếng chim hót, tiếng chuông, tiếng nhạc, và nhiều sắc màu khác nhau của những hình ảnh từ quá khứ. Sâu dưới mặt đất từ 7 m đến 13 m, có tổng diện tích mặt bằng trưng bày khoảng 3.700 m², hơn 400 di vật và gần 10 di tích, chọn lọc trong số hàng chục nghìn di vật và 140 di tích từ nền móng của mảnh đất linh thiêng này đã được các nhà khảo cổ học phát hiện, lưu giữ trong quá trình khai quật tại khu vực xây dựng Nhà Quốc hội trong hai năm 2008-2009 đã được giới thiệu. Mạch liền lịch sử gần 1300 năm đã được kết nối từ tầng hầm hai - trưng bày về thời kỳ tiền Thăng Long (từ thế kỷ VII đến thế kỷ X) tới tầng hầm một - trưng bày về thời kỳ Thăng Long, trải qua các thời Lý - Trần – Lê (từ thế kỷ XI đến thế kỷ XIX). Tầng trên mặt đất được dùng để trưng bày lịch sử Quốc hội Việt Nam

Công trình trưng bày di tích và hiện vật dưới tầng hầm Nhà Quốc hội được thể hiện theo lát cắt địa tầng khảo cổ, theo thời gian từ xưa lại gần. Phương pháp trưng bày được thực hiện mang tính thống nhất là trưng bày lồng ghép, xen cài giữa di tích và di vật, trong đó di tích được xem là “hồn cốt”, di vật được xem là các “hạt nhân”.

Với cách kết hợp hài hòa giữa màu sắc và ánh sáng, giữa “tĩnh” (di tích, di vật gốc) và "động" (phim - media), những câu chuyện của gần 1.300 năm lịch sử được kể một cách sinh động. Trưng bày các hiện vật trong tủ kính được kết hợp khéo léo với các hiện vật hay khối hiện vật âm dưới nền sàn. Người xem có thể đi trên mặt sàn kính với cảm giác như đang “sống” giữa những hố khai quật với những cảm xúc bất ngờ. Việc duy trì độ ẩm trong các tủ kính âm này được bảo đảm bằng những công nghệ hiện đại. Một đoạn phim 3D cho thấy chim nhảy trong lồng kết hợp với âm thanh tiếng chim hót lanh lảnh lại làm cho người xem cảm thụ sâu sắc về một hiện vật nhỏ bé mà quý giá là chiếc “coóng” tìm được giữa Hoàng cung xưa. Các video clip được chiếu trên những mảng tường không phải màu trắng như thường thấy mà trên nền sẫm đã tạo hiệu ứng bất ngờ. Không chỉ ở giá trị lịch sử, khảo cổ, văn hoá thông qua cổ vật được khai quật mà cả công nghệ trình chiếu hiện đại, nghe được tiếng chim hót, nhìn sang góc thấy có lồng chim, chim cũng ngoảnh qua ngoảnh lại, tường thành, cây cối đều hiện ra với công nghệ 3D mãn nhãn cho người xem. Việc sử dụng ánh sáng đèn LED với công nghệ cao là điểm nhấn độc đáo đã gây ấn tượng lớn khi giới thiệu được kỹ thuật xây dựng “cột âm”, giúp người xem hiểu rõ hơn về trình độ kỹ thuật xây dựng cung điện xưa. Đèn được thiết kế có kích thước lớn như cột gỗ thật (đường kính 42 cm và 50 cm), cấu tạo bởi tổ hợp hệ thống đèn LED/ DMX - bên trong có hệ thống đèn LED và máy chiếu siêu nhỏ điều khiển bằng vi mạch thông minh. Hệ thống phần mềm được lập trình để chiếu ánh sáng theo kịch bản, tạo trong không gian trưng bày ánh sáng kỳ ảo, thay đổi màu sắc, dễ mường tượng tới không gian hoàng cung. Trong bảo tàng còn có phòng chiếu phim 3D giúp hình dung rõ hơn về các kiến trúc cung điện thời xưa. khi sử dụng những thủ pháp trưng bày bảo tàng hiện đại nhất, tiên tiến nhất với kỹ thuật mới nhất, khu trưng bày đã thực sự làm những hiện vật vốn câm lặng, vô tri trở nên biết nói, biết kể chuyện, những hiện vật vốn khô khan trở nên sinh động, hấp dẫn. Cách kết hợp nhiều thủ pháp trong một không gian tạo hiệu quả cao về thị giác và tâm lý.

Hiện bảo tàng đã mở cửa để người dân đến tham quan. Tuy nhiên do đảm bảo an ninh nên hiện chỉ có thể đi theo đoàn bằng cách đăng ký thông qua giới thiệu của cơ quan, phường xã, tổ dân phố. Ngoài ra Quốc hội đang thảo luận về Luật Tổ chức Quốc hội để người dân có thể vào dự khán, theo dõi trực tiếp các phiên họp của Quốc hội.