上海科技馆建筑由地下一层、地面四层，科普长廊展品生产，附带一个办公群楼组成。整个建筑显螺旋型上升形态，表现了科学技术的不断进步。建筑的中间是一个具有标志性的巨大玻璃球体，科普长廊展品研发，镶嵌在一潭清水之间，它寓意着生命的诞生。
地下一层该层主要设有两个IMAX科学影院（IMAX三维巨幕影院和球幕影院）、张江创新成果展、快餐厅。 地下一层是该馆服务设施最集中的公共区域，内有售票大厅、大食代上海科技馆地下一层(20张) 美食天地、休闲长廊和临展大厅。此外，也在该区域中。
彩虹乐园是根据1-12岁而设计的梦幻般的儿童世界。通过一系列生动活泼的科技娱乐活动，让孩子们感知外部世界，观察自然现象，参与科技实践。展区的主题是知识与娱乐，科学与游戏。在轻松愉快的氛围中获得科技启蒙教育，科普长廊，真正做到寓教于乐。本展区可分成“一园三区”，科普长廊展品销售，供小朋友休息娱乐的街心花园；1-4岁感知外部世界的梦幻森林，如电动秋千、勇敢者道路等；5-8岁认知外部世界的游玩场所，如小小建筑师、植物学小博士等区域；9-12岁参与科技活动的实践区域，如光控飞机、可视通讯等。展示面积为1200平方米。
