中国电影博物馆内的影院区内拥有全球最新的电影放映技术和设备，并设有多个放映厅，包括巨幕影厅、数字影厅及三个35毫米影厅。
IMAX影厅（巨幕影厅）
    IMAX原自英文“Image maximum”(图像最大化)，又称巨幅银幕，是目前世界上最先进的影像系统。中国电影博物馆内的IMAX巨幕影厅庄重、大气，宽27米，高21米，厅内设有403个座位。本影厅引进了世界第一流的电影放映系统，使用的是70毫米、15片孔的电影胶片，它的感光面积是普通胶片的10倍，能容纳更多的信息，让观众感受到更丰富的视觉冲击力。IMAX画面的稳定性大大超过任何常规标准，可以放映二维和三维影片，是目前世界上最先进的影院系统之一。IMAX多声道超级音响系统包含有超低音频道。专门为IMAX影院设计的声源均衡音响系统，使观众在影院内每个地方感受到的音量和音质完全相同
    拥有最大的银幕、最清晰的图像、最高的精密度、功能最强的放映设备以及最先进的多声道数字音效系统的IMAX巨幕影厅，带给观众强烈的视觉冲击，加之逼真的音响效果，远远超越了普通电影院的观影体验，尽在中国电影博物馆的IMAX巨幕影厅。
数字影厅
    设备先进的数字影厅拥有323个座位，采用比利时原装进口的“巴可”数字放映机，可以播放宽银幕立体声电影，音效逼真、色彩动人，图像更是水晶般清晰。本厅具备完善的会议用音响，可以举办各类报告会、电影首映式等活动。
35毫米胶片影厅
    豪华的三个35毫米胶片影厅位于一层，内饰精致、典雅，以放映国产优秀影片和国际经典影片为主，同时推出影人影迷座谈会，并邀请电影届资深人士为电影爱好者做佳片解析。