Основная и главная часть экспозиции Историко-технический музей «Дом Черепановых» посвящена крепостным тагильским мастерам и изобретателям, внёсшим большой вклад в развитие русской технической мысли во второй половине XVIII — первой половине XIX века. Деятельность уральских мастеров показана через этапы развития горнозаводской техники этого периода — перехода от водяных турбин, используемых на старых заводах, к паровым машинам.
Черепановым, как хозяевам дома, посвящены тематические комплексы, рассказывающие о жизни их семьи, о потомках знаменитых механиков, о судьбе «Дома Черепановых». Здесь представлены их личные вещи, семейные фотографии, документы, уникальные авторские чертежи, старинные книги технического содержания. В интерьерах кабинета и жилой комнаты можно представить, как жили и работали замечательные тагильские изобретатели.
Этот музей – редкая возможность соприкоснуться с традициями тагильских изобретателей, на подлинных экспонатах познакомиться с их биографиями и изобретениями.
Особый интерес вызывают действующие модели паровозов и железной дороги, а также интерактивные выставки по истории техники.