Zu den zahlreichen bedeutenden Museen der Stadt gehört unter anderem das 1930 fertiggestellte Adler-Planetarium und Astronomiemuseum. Es zeigt auf mehreren Ebenen zahlreiche Exponate zum Thema Weltraum, Planetensystem und deren historische und aktuelle Erforschung. Die Sammlung historischer Instrumente ist weltberühmt. Darüber hinaus besitzt es zwei Theater für astronomische Vorführungen, eines mit einem Zeiss-Projektor und eines mit einer modernen digitalen Lasershow, die insbesondere Flugsimulationen ermöglicht.
Das Art Institute of Chicago ist ein 1866 gegründetes Kunstmuseum und eine Kunsthochschule. Im Museum findet man bekannte Werke wie beispielsweise Claude Monet's Heuschober, Georges Seurat's Ein Sommersonntag auf der Insel Grande Jatte, Grant Wood's American Gothic und Edward Hopper's Nighthawks. Es beherbergt auch das Lebenswerk des Fotografen Irving Penn.
Das Field Museum of Natural History wurde 1893 als Columbian Museum of Chicago gegründet. Nachdem anfänglich sogar Kunst zu seinen Sammelgebieten zählte, fokussierte man das Aufgabengebiet mit der 1905 erfolgten Umbenennung auf Naturwissenschaften und Völkerkunde. Dabei sorgte der Namenspatron Marshall Field für ein noch heute bedeutendes Stiftungsvermögen. 1921 konnte das heutige Haus am Ufer des Michigansee bezogen werden. Das Field Museum beherbergt mehr als 22 Millionen konservierte Organismen und sonstige Sammlungsobjekte.[6] Es gehört auch auf diesem Sektor zu den größten naturwissenschaftlichen and anthropologischen Sammlungen weltweit.
Das Museum of Contemporary Art (MCA) ist ein 1967 gegründetes Museum für zeitgenössische Kunst. Das MCA war das erste Projekt des deutschen Architekten Josef Paul Kleihues in den USA. Das Museum umfasst eine Menge interaktiver Ausstellungsstücke und Videopräsentationen sowie eine Abteilung mit Werken von Alexander Calder, Andy Warhol und anderen; an der Rückseite liegen ein Skulpturengarten und ein Patio.
Das Museum of Science and Industry ist ein Science Center und liegt in Jackson Park, etwas südlich von Downtown Chicago. Das Museumsgebäude wurde 1893 für die World Columbian Exposition gebaut und ist das einzige noch bestehende Gebäude dieser Weltausstellung. Rosenwalds Vorstellungen entsprechend wurden viele Ausstellungen interaktiv gestaltet. Bis heute wurde dieses Konzept beibehalten: So kann der Besucher beispielsweise durch ein Modell des menschlichen Herzens laufen, in der Hall of Communications die Geschichte des Telefons erfahren oder eine nachgebaute Kohlemine besichtigen.