„Der Mensch ist mehr, als er von sich weiß. Er ist nicht, was er ein für alle Mal ist, sondern er ist der Weg.“ Mit diesen Worten eröffnete der damalige Ministerpräsident Dr.h.c. Johannes Rau am 10. Oktober 1996 – genau einhundertvierzig Jahre nach der Entdeckung der ersten Neanderthaler-Knochen im gleichnamigen Tal – das neue Neanderthal Museum in Mettmann und sprach damit bereits einen Kernaspekt der pädagogischen Gestaltung des Museums an. Im Jahr 2006, auf Basis neuester wissenschaftlicher Erkenntnisse überarbeitet und aktualisiert, thematisiert die Dauerausstellung des Museums, wie sich bereits aus dem Namen des Museums erahnen lässt, in seinem Schwerpunkt jedoch vor allem den in der menschlichen Evolutionsgeschichte neben Homo sapiens sapiens existierenden Homo sapiens neanderthalensis.
Zusätzlich vermittelt das Museum jedoch auch andere human-biologische und anthropologische Erkenntnisse zur Entwicklungsgeschichte des Menschen. Von den frühesten Anfängen in der Savanne bis zu den hochentwickeltsten Techniken des Jetzt-Menschen wird den Besuchern auf 1.200 m² mithilfe von lebensechten Figuren, die auf Basis von Originalfunden rekonstruiert wurden, multimedialen Inszenierungen, Hörerlebnissen und den klassischen Medien, wie Exponaten und Lesetexten, die Forschungsgeschichte aus Archäologie und Paläoanthropologie näher gebracht. Im Anschluss an die Dauerausstellung, die sich in die fünf Themengebiete „Leben und Überleben“, „Werkzeug und Wissen“, „Mythos und Religion“, „Umwelt und Ernährung“, „Kommunikation und Gesellschaft“ einteilen lässt, ist in dem 250 m² großen Untergeschoss des Gebäudes die ca. drei- bis viermal jährlich wechselnde Sonderausstellung untergebracht. Das Gebäude in Form „eine[r] langsam aus der Erde ansteigende[n] Rampe, die sich über vier Ebenen erstreckt – [deutet bereits auf das] Sinnbild (…) allen Lebens – der spiralförmigen Doppelhelix“, Zeichen für die Evolution und ihre Unendlichkeit.
Ursprünglich war diese, beim ersten Eindruck eher plump wirkende Form, als zweiter Platz des Architekturwettbewerbs tituliert worden, welchen die Stiftung Neanderthal Museum für den Neubau beworben hatte. Der Entwurf von Günter Zamp Kelp, Juluis Krauss und Arno Brandhuber gewinnt jedoch nach einer Überplanung vor dem ursprünglichen Siegerbüro. Der geschlossene Betonkörper, mit einer Fassade aus Japanglas gewann in den Folgejahren zahlreiche Architekturwettbewerbe und begeistert in einer speziellen Architekturführung zahlreiche Besucher.
Neben Dauer- und Sonderausstellung im Museumsgebäude bildet die Museumspädagogik, untergebracht in der ca. 500 m vom Museum entfernt liegenden Steinzeitwerkstatt, einen weiteren Schwerpunkt der musealen Vermittlungsarbeit. Die parkähnlich gestaltete Fundstelle eröffnete im Jahr 2002 ihre Pforten, nachdem durch Ausgrabungen in den Jahren 1997 und 2000 die ehemalige Topografie des Fundgeländes (Feldhofer Grotte) rekonstruiert werden konnte. Der Kunstweg „Menschenspuren“ sowie das „Eiszeitliche Wildgehege“ ermöglichen es den Besuchern, auch außerhalb der Öffnungszeiten des Museums die Spuren der Evolutionsgeschichte im Neandertal zu verfolgen.