고구려실은 고구려의 역사와 문화를 포괄하는 몇 개의 소주제로 구성되어 있다. “나라를 세우고, 성을 쌓다“는 첫 주제에서는, 지배층의 권위와 신분의 상징이 되는 고구려의 위세품을 통해 고대 국가 고구려의 출현을 살펴 볼 수 있다. 이어, ”고구려 무덤, 삶과 죽음의 경계“에서는 삶의 영역 안에서 소유한 지배적 힘과 권위를 죽음의 공간 속에 표현했던 고대 고구려 사회의 특징적 대형 무덤을 통해 그 시대 중심 문화의 성격과 그에 담긴 사람들의 의식을 살펴볼 수 있다. 
고구려는 뛰어난 기마전술을 바탕으로 한 강력한 군사력이 사회를 이끌어가는 중요한 동력으로 작용하였고 이를 바탕으로 성장하였다. “영토 확장, 대륙을 향하다”라는 주제에서는 복잡한 동아시아의 대결 구도 안에서 영역 확장을 활발히 전개해 나간 고구려 철갑기병(鐵甲騎兵)의 모습을 확인할 수 있다. 또한, “남진(南進), 아리수를 넘다”에서는 한강 유역 이남으로 영향력을 확대해 나간 고구려의 문화적 실체를 보여주는 서울, 경기, 충청 일대 고구려 유적의 발굴조사 성과들을 만나볼 수 있다. 강력한 군사력을 바탕으로 한 정치적, 사회적 안정 속에서 고구려 사회 운영에 중요한 축이 되었던 불교는 국가와 왕실의 후원 하에 적극적으로 보급되었다. ‘수없이 많은 부처, 무수한 깨달음을 구하다’라는 주제 하에는 고구려 사회의 불교 사상과 예술을 엿볼 수 있다. 또한 “고구려인의 일상”에서는 여러 유물들과 고구려 무덤 벽화의 소재들을 통해 고구려인의 삶을 엿볼 수 있다.
이와 함께 고구려실에서는 국립중앙박물관 소장 고구려 무덤벽화 모사도를 활용한 테마전이 마련되어 고구려인들의 생활과 사상을 다채롭게 만나 볼 수 있다.