Atatürk'ün mozolesinin bulunduğu Şeref Salonu'nun altındaki 3 bin metrekarelik sütunlu alanda bulunan Müzesi gezilesidir.
Müzenin Misak-ı Millî Kulesi ve inkılap Kulesi arasında bulunan kısım, 1960'dan bu yana Atatürk müzesi olarak hizmet vermekteydi. Bu bölüm, Kasım 2001'de başlayan ve 9 ay süren bir çalışma sonunda yeni bölümlerle birleştirildi ve Büyük Taarruz'un 80. yıldönümü olan 26 Ağustos 2002 tarihinde dönemin cumhurbaşkanı Ahmet Necdet Sezer ile başbakanı Bülent Ecevit tarafından ziyarete açıldı. Müze, eski Genelkurmay Başkanı Hüseyin Kıvrıkoğlu'nun talimatı ile yaptırılarak Genelkurmay Başkanlığı'nın sanat danışmanı Mehmet Özel'in koordinatörlüğünde hazırlanmıştır.
Müze dört bölümden oluşur: Birinci bölümde Atatürk'ün özel eşyaları; ikinci bölümde Çanakkale Kara ve Deniz Savaşları panoraması; üçüncü bölümde Sakarya Meydan Muharebesi ve Büyük Taarruz panoraması; dördüncü bölümde Atatürk devrimlerinin fotoğraf ve açıklamalarla tanıtıldığı, rölyeflerle zenginleştirilmiş tonozlu koridor bulunmaktadır.
Birinci bölümde ilgi çeken bazı parçalar Atatürk'ün balmumundan heykeli ve köpeği Foks'un doldurularak saklanan bedenidir.
ikinci ve üçüncü bölümlerdeki panoramalar, Çanakkale Savaşı ve Kurtuluş Savaşı yıllarında yaşanan olayları dönemin resimlerinden yararlanarak canlandırır. Panoramaların önünde maketlerle bir savaş alanı düzenleniş ve üç boyutlu bir etki sağlanmıştır. Çanakkale Savaşı panoraması önünde bu savaşta kullanılmış olan mermiler, silahlar, toplar, yanmış tekerlekler, kağnılar sergilenmektedir. Senaryosunu Turgut Özakman'ın yazdığı 40 metre uzunluğundaki panoromaları izlerken ziyaretçiye Muammer Sun'ın bestelediği müzikler, top sesleri, gemi düdükleri, kılıç şakırtıları, at nalları, "Allah Allah" nidaları gibi savaş efektleri dinletilir.
ikinci ve üçüncü bölümün ortasında Kurtuluş Savaşı'na katılan komutanların portreleri ve Kurtuluş Savaşı'nı gösteren büyük boy tablolar sergilenmektedir. Bu çalışmalar, Moskova'daki bir stüdyoda Rus sanatçılar tarafından gerçekleştirilmiştir.
Dördüncü bölüm, panorama bölümünü çevreleyen koridordaki 18 tonozda yer alan tematik sergi alanlarından oluşur. Tonoz müzesinde Mustafa Kemal'in Samsun'a çıkışından ölümüne kadar yaşanan olaylar 3 bin kadar fotoğrafla anlatılır. Her tonozda bir devrim anlatılmaktadır. Tonoz müzelerinin bulunduğu galeri boyunca Kara Fatma'dan Şahin Bey'e kadar asker ve sivil 20 kahramanın büstü ve özgeçmişi sergilenir. Müzenin dördüncü bölümünün yer aldığı alan, Atatürk mozolesinin bulunduğu Şeref Salonu'nu ayakta tutan sütünlu salon ile Anıtkabir'in temel duvarları arasında kalan bölümdür. Tonozlu odacıklar Türkiye Cumhuriyeti cumhurbaşkanlarının defnedilmesi amacıyla hazırlanmış, ancak kullanılmayarak ve müzeye dahil edilmiştir.
Müzenin çıkışında Atatürk'ün doğduğu evin, ilk meclis binasının, Kara Harp Okulu'nun maketleri, Turan Erol'un Çanakkale Savaşları'ndan bir kesiti anlatan büyük tablosu ve çeşitli Atatürk fotoğrafları yer alır.
Müzede dünyada benzeri bulunmayan üç panorama sergilenmektedir: 6x40 metre büyüklüğündeki Çanakkale Kara ve Deniz Savaşları panoraması, 7x30 metre büyüklüğündeki Sakarya Meydan Savaşı panoraması ve 7x30 metre büyüklüğündeki Büyük Taarruz panoraması. Bu panoramalar ve müzedeki dev tablolar Aydın Erkmen'in yönlendirdiği 12 Rus ressam tarafından yapılmıştır.
Panoramaların oluşturulabimesi için Turgut Özakman'ın yazdığı senaryodan hareketle Kurtuluş Savaşı muharebelerinin geçtiği alanlarda figüranlar kullanılarak 14 bin kare fotoğraf çekilmiş ve bu fotoğraflardan yararlanılarak eskizler hazırlanmıştır. Panoramaların eskizlerini Aydın Erkmen çizdi; renkli eskizler Rusya'da yapıldı. Rusya ve Hollanda'daki büyük resim stüdyolarında dev panoramalar bir bütün olarak hazırlandı ve bunları sarmak için bir makina imal edildi; böylece panoramalar silindir haline getirilerek uçakla Ankara'ya taşınmış, ardından tırlarla havaalanından Anıtkabir'e getirilmiştir. Silindirler özel makineyle açılarak tabana bağlanmış, eserlerin zedelenen kısımları sanatçılar tarafından 20 gün üzerinde çalışarak yenilenmiştir.
Müzede oluşturulan Atatürk Özel Kitaplığı 26 Haziran 2005 günü düzenlenen bir törenle açıldı. Atatürk'e ait 3 bin 123 kitabın sergilendiği kitaplık, ziyaretçilerin kitaplara bilgisayar ortamında ulaşmalarını sağlayacak şekilde dizayn edilmiştir. Ziyaretçiler, dokunmatik ekranlı bilgi cihazlarından kitaplarla ilgili bilgiye ulaşabilmektedir. Kitaplık, ziyaretçilere, Atatürk’ün fikir hayatını oluşturan kitaplar hakkında bilgi alma ve özellikle okuyup altını çizdiği kitapları inceleyebilme fırsatı da vermektedir.
