Музей представляет собой трехэтажное здание высотой 21 метр. Над ним возвышается гигантский золотой пшеничный колос в обрамлении двухъярусного венца из колосьев меньшего размера. Дополнением общего ансамбля, гармонично вписавшегося в местный природный ландшафт, стал фонтанный комплекс, сооруженный напротив фасада здания. Музей разместился на территории в 32 тыс. квадратных метров, включая более 18 тыс. квадратных метров садово-парковой зоны. В цокольном этаже музея разместились конференц-зал на 200 мест, рабочие кабинеты, комнаты для приема гостей и отдыха сотрудников музея, хранилище, телекоммуникационный и информационный центры, кафетерий и другие специальные помещения.
Экспозиция музея зримо свидетельствует о глубоких истоках туркменского земледелия, зародившегося, как считают ученые, около десяти тысяч лет назад. Важное место в ней занимают материалы, посвященные американской археологической экспедиции в Туркменистан под руководством профессора Рафаэля Пампелли, состоявшейся в начале прошлого века. Благодаря находкам экспедиции Пампелли было доказано, что жители древних поселений, располагавшихся под современным Ашхабадом, впервые в истории человечества начали возделывать пшеницу и ячмень и выпекать хлеб из белой пшеничной муки. Главным экспонатом музея можно назвать зерна пшеницы, сохранившиеся в слое угля на южном холме Анау и обнаруженные в 1904 году экспедицией Рафаэля Пампелли.
Запоминающийся внешний вид музея декорирован в эклектичном стиле с преобладанием экспрессивных элементов, также крыша здания увенчана узорами в виде пшеничных колосьев. Пшеничные колосья также являются основным элементом в дизайне интерьера, где использование похожих стилизованных узоров создало полуклассическую атмосферу в интерьере.