Instalado em um prédio de 500 m2 ao lado do Aquário, o Museu que foi inaugurado no verão passado, conta com uma exposição de diversos animais marinhos retratando a evolução e biodiversidade dos mares, desde pequenos invertebrados como o plâncton, até grandes mamíferos marinhos como as baleias. Focado na fauna e flora do Litoral Norte Paulista, o Museu apresenta também alguns exemplares exóticos, principalmente de conchas de moluscos provenientes de diversos países. As peças expostas no Museu foram conservadas por diferentes técnicas como esqueletos montados, peças taxidermizadas, fixadas em formol e diafanizadas. Réplicas em tamanho real de tubarões e golfinhos também foram utilizadas. O material que compõe o acervo é proveniente dos 10 anos de funcionamento e pesquisa do Aquário de Ubatuba, de parcerias com Instituições como FUNDAMAR, Museu Oceanográfico da FURG, Museu da Univali bem como de doadores particulares tais como a família do Sr. Jorge Sisla e do escultor Victor Brecheret. Algumas das maiores atrações do Museu são um esqueleto de baleia jubarte, bem como tubarões e golfinhos Parte do dinheiro arrecadado com a entrada no Museu será destinado à ONG Instituto Argonauta para a Conservação Marinha com a finalidade de financiar projetos voltados às questões costeiras.

O Museu, além de todo o acervo e conteúdo informativo/educativo, possui um laboratório que permite a observação pelos visitantes do trabalho dos oceanógrafos, biólogos e veterinários ao vivo, presenciando os tratamentos e montagem das peças da coleção.