พิพิธภัณฑ์กีฬาแห่งชาติ อยู่ภายในอาคารสนามกีฬาเฉลิมพระเกียรติ เป็นสถานที่อนุรักษ์มรดกทางการกีฬาของประเทศไว้ให้เยาวชนและประชาชน ได้ศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาของการกีฬาของชาติ รวมทั้งเพื่อจัดตั้งเป็นหอเกียรติยศของอดีตนักกีฬาทีมชาติไทย ภายในแบ่งห้องจัดแสดง ประกอบด้วย 1. โถงต้อนรับ 2. ห้องวิวัฒนาการกีฬาสากลของไทย 3. ห้ององค์กรกีฬา 4. หอเกียรติยศนักกีฬา 5. ห้องสมาคมกีฬาและกีฬาพื้นบ้านไทย 6. ห้องกิตติคุณ 7. ห้องพระองค์เจ้าพีระ 8. ห้องพระบรมวงศานุวงศ์กับการกีฬา 9. ห้องพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่