宇宙剧场是由天象厅和数字宇宙剧场组成的。

    老馆天象厅中的国产大型天象仪，可以放映大约9,000颗6.55等以上的恒星，以及星座名称和星座连线，坐标系和太阳系行星视运动，还增加了我古代星座三垣二十八宿的名称和连线，以及在黄道上标有二十四节气等。另外，还配备有表演彗星，流星，日饵，宇宙飞船等近百台特技效果放映器，还有幻灯机，大屏幕投影机等设备。

    新馆数字宇宙剧场选用SGI公司的Onyx300 IR4超级图形工作站，作为计算主机；该机器拥有12GB 内存、24个CPU、6条图形流水线、96个18G硬盘，它是目前世界上图形图像处理能力最强的超级计算机。Onyx300 IR4超级图形工作站可以处理上十亿颗星的数据，建模、编录、作准确的空间定位，从而提供实时的、高画质的虚拟宇宙漫游。