纪念碑的南面是烈士纪念馆。这是一组“U”型两层的白色古典型建筑，长94米，宽49米，主堡高26米，建筑面积达5900平方米。层面为乳白色琉璃瓦，外墙是花岗岩贴面，正门上有邓小平亲笔题写的“雨花台烈士纪念馆”。横额的上方用花岗岩雕凿出日月同辉的图案，象征烈士精神与天地共存，与日月同辉。馆内陈列有620件烈士遗物、450幅珍贵图片和恽代英、邓中夏等128位烈士的事迹和文献资料。

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