李林烈士陵園西側是專門紀念民族女英雄李林同誌革命事跡的紀念館。室內陳列著李林的戎裝銅像、生平簡介、各個時期的照片、烽火歲月美術創作、英雄遺物和原全國人大常委會副委員長、全國婦聯主席康克清，原國務院副總理、中共中央顧問委員會副主任薄一波，全國政協常委、中顧委委員戎子和，全國僑聯主席張國基，李林的戰友、120師獨立第六支隊支隊長、原內蒙古軍區副司令員劉華香等為李林烈士寫的題詞。
李林烈士紀念館建於1972年，水泥預製板平房，占地麵積120平方米。外簷上方飾牆刻毛澤東同誌：“發揚革命傳統，爭取更大光榮”的手書題詞，門上掛“李林烈士革命事跡陳列室”匾額，字為木刻全鏤白色，鑲嵌於紫檀色底麵上，十分莊重醒目。內室為連環畫形式的玻璃鏡框展覽，內容分“李林的童年”、“在戰鬥中成長”和“為國捐軀”三個部分。由延安魯藝畢業生、山西省文化廳下放插隊幹部王大斌同誌設計製作，配置展櫃陳列烈士生前的領導和戰友們的懷念文章。翌年清明正式開展，展覽內容令人震撼。
1985年中共雁北地委決定於4月26日召開李林犧牲45周年紀念大會，根據需要雁北地委宣傳部，平魯縣委、縣政府專門組織力量對李林展室重新布展，展室更名為“李林烈士紀念室”，匾額換成漆底陰刻起鼓金字，原來的展框更新為時尚的壁紙展牆。一進門擺放著李林半身石膏塑像，展覽內容調整為“李林在南洋”、“學生時期”、“投筆從戎”、“戰鬥在長城內外”、“血灑疆場”和“深切懷念”六個版塊。
原連環畫改換為油畫、國畫和粉畫等不同形式的作品。增添了電視劇《李林》劇照、《巾幗英雄——李林（平魯史誌研究室編·山西人民出版社）》、《月魂（鍾聲揚著·北嶽文藝出版社）》、《僑女之光（賈唯英著·四川人民出版社）》等專門著述以及李林母校福建廈門集美中學、上海愛國中學題詞、贈書等。尤為珍貴的是在實物展櫃中增添了李林犧牲前一天寫給山朔縣縣長王煥光的一封親筆信。
1995年中共朔州市委決定召開李林犧牲55周年紀念大會，李林展覽再次重新布展，展室徹底搬遷在陵園新建的仿古建築南二樓西側，分四個展廳：第一展廳為：李林塑像、李林戰友和社會各界人士題詞；第二展廳為：李林在南洋、李林在集美、李林在上海愛國中學、李林在北平民國大學、光榮入黨；第三廳為：投筆從戎、參加山西犧盟軍政訓練班、出雁門關、烽火歲月、在秋林會議上、壯烈殉國；第四廳為：僑界楷模、抗日先鋒、民族英雄、曆史不會忘記、永久的懷念、祭奠集錦。
2005年陵園西廂重新修葺後，李林紀念室重新搬入布展，增設了李林銅像、集美中學、窯洞春光等實景和“突破敵人第七次圍剿”的油畫，配置了革命傳統教育專題音像設備，突顯了紅色旅遊紀念地以宣傳弘揚李林“愛國、進取、奉獻”為主題的核心作用。
共和國雙百英雄——李林簡介（1916—1940）
李林，原名李秀若。1916年出生於福建閩侯，4歲隨父母僑居印度尼西亞爪哇地區。1930年，為興我中華，14歲的李林回到日夜思念的祖國，求學於著名華僑陳嘉庚先生創辦的福建集美中學，後入杭州女中和上海愛國女中學習。1936年考取北平民國大學，同年加入中國共產黨。“九·一八”事變後。她發出“甘願征戰血染衣，不平倭寇誓不休”的誓言。積極參加學生救亡運動。為拯救民族危亡，於年底受黨的派遣，赴山西太原參加薄一波同誌領導的“山西犧牲救國同盟會”組織的軍政訓練班學習。1937年夏來到大同，擔任犧盟會大同中心區宣傳委員，同時參加中共雁北工委工作。在抗日前線雁北，她積極組織和發動民眾進行抗日救亡運動。曆任雁北工委宣傳部長，雁北遊擊隊六支隊政委，八路軍102師六支隊騎兵營教導員，晉綏邊區十一專署秘書主任，晉西北行政公署委員等職。她長期活動在平魯、左雲、右玉、朔縣、山陰、懷仁的洪濤山區，打據點，鋤漢奸，護送幹部，發動群眾，組織人民武裝，培訓幹部，為開辟和鞏固晉綏抗日根據地做出了重要貢獻。曾以“麥胡圖破敵”、“殺虎口奪馬”、“夜襲紅沙壩”、“奇襲岱嶽鎮”、“偏關城殺奸”等傳奇式的英雄事跡，成為群眾崇敬、敵偽膽寒的傳奇式英雄人物，名揚解放區。敵人曾以5000銀元懸賞要李林首級，均未得逞。這位受到賀龍同誌接見和表揚的巾幗英雄，在1940年4月26日的平魯縣東平太村反掃蕩戰鬥中，英勇犧牲。當時為掩護專署機關和群眾轉移，李林帶領騎兵，吸引尾追的敵人。她幾進幾出包圍圈，隻身陷入重圍，浴血奮戰，身負重傷，寧死不屈，把最後一顆子彈留給自己，壯烈殉國，時年24歲。人們聽到李林犧牲的噩耗，悲憤萬狀，一個月後，中共中央婦委會向全國發出唁電，指出：“二十餘歲之青年李林同誌，自1937年起，即在前方英勇殺敵，不但是我女共產黨員的光榮模範，而且是全國同胞敬愛的婦女英雄。今竟英年戰死，當我中華民族——特別是我婦女界一嚴重損失。”“特號召全體女共產黨員同誌和全國婦女同胞更加奮起抗戰，為完成李林等同誌的未竟事業而奮鬥。”