機器人館結合「臺北」意象元素與「機器人」、「智動化」的科技能量，館內展出多項台灣自行研發之智動化產品成果，也有國際間難得一見的智慧機器人展品。全館共有七大展區，包括60款按鈕機器人及多款珍貴少見的鋼彈機器人，加上入口處3米高的神龍鋼彈機器人，是大小機器人迷不容錯過的展示品。
「101－3D劇院」是以3D劇場表現台北意象，搭配運用國產關鍵零組件「線形滑軌」開發出來的「小提琴機器人」，隨選即播的現場演奏，讓民眾充分體驗到機器人與人文生活結合之美；「產業機器人展示區」主要在展示利用產業機械手臂轉化運用的各式機器人，包含紡織機器人、素描機器人等，其中最特別是神準度媲美籃球國手的「蛇形刁手投籃機器人」，在春節期間特別開放民眾與機器人進行PK投籃賽。
「機器人互動區」格鬥機器人讓觀眾就像親臨電影鋼鐵擂台的場景，還有有趣的猜拳機器人、單槓機器人、足球比賽機器人，以及可模仿民眾動作的機器人等，增加體驗及趣味性；「機器人浮空劇場」是以浮空投影的3D虛擬影像，搭配四款百分之百原汁原味的機器人，包括樂團機器人、原住民機器人、三太子機器人及啦啦隊機器人的舞蹈演出，進行一場虛擬實境的精彩展演，讓民眾一面瞭解臺灣機器人歷史，一面欣賞機器舞團逗趣的動感熱舞。
「先進機器人展示平台」中展示國內外高科技整合研發的先進機器人，包括由工研院研發的網路溝通「即時通訊機器人」，可辨識人的喜怒哀樂並傳遞給友人，讓網路通訊添加趣味性。國外觀摩機種包括日本限量販售的「番龍」看家機器寵物，由台灣大學開發應用的人形機器人、服務型「貓熊機器人」等，都具有討喜外型及教育、居家服務等多元功能。
除了豐富的館藏機器人展示，開幕、春節期間開放民眾與「蛇形刁手投籃機器人」進行PK賽，只要贏得比賽即可獲得特製限量版小禮物；另外為了讓參觀的小朋友學習到更多機器人知識與操作實務，在2月10日至2月24日期間，每週末將推出限量名額的「Green City LEGO」樂高節能城市挑戰體驗活動，可讓小朋友親自控制機器人等。相關活動請至花博公園網站查詢。