Экспозиция музея расположена в 11 залах на площади около 1200 квадратных метров, в здании, построенном специально для музея в 1902 году по проекту архитектора П.С. Купинского. Экспозиция построена тематически, в хронологическом порядке; посетитель знакомится с развитием железнодорожной индустрии от зарождения железных дорог до сегодняшнего дня.

В зале No 1 - "3арождение железных дорог" - привлекает внимание модель (в масштабе 1:2) первого русского паровоза, построенного замечательными русскими механиками - крепостными заводчиков Демидовых, отцом и сыном Ефимом Алексеевичем и Мироном Ефимовичем Черепановыми. Паровоз, построенный ими в 1833-1834 годах в Нижнем Тагиле, водил по заводской дороге составы с рудой весом до 3,3 тонн со скоростью 13-16 километров в час.

3десь же в зале выставлены модели ранних английских локомотивов. Как известно, в Англии в 1825 году между городами Стоктон и Дарлингтон начала действовать первая в мире железная дорога. Интересна модель паровоза Брунтона 1813 года. Этот локомотив, кроме колес, имел "ноги", которые были соединены с поршнем паровой машины; они толкали локомотив со скоростью 5 километров в час. Паровоз Стефенсона "Ракета", модель которого представлена в экспозиции, развил скорость в 47 километров в час на соревнованиях 1829 года в Ренхиле (Англия).

В 1837 году была открыта для общего пользования первая в России железная дорога Петербург - Царское Село - Павловск с шириной колеи 6 футов (1829 миллиметров). Строительство ее было осуществлено под руководством профессора Ф.А.Герстнера. 3аписка Герстнера "О выгодах построения железной дороги из Санкт-Петербурга в Царское Село и Павловск" 1836 года хранится в фондах музея. В экспозиции представлен скульптурный портрет Ф.А.Герстнера - гипсовый бюст работы скульптора В.П.Петина и архитектора В.И.Черепанова в 1997 году к 160-летию железных дорог России. Модель поезда, курсировавшего по Царскосельской дороге, выполненная в 1937 году, дает представление о подвижном составе: желто-голубые вагоны - кареты, линейка, платформа, паровозы "Слон", "Лев", "Богатырь".

Здесь же находится модель (масштаб 1:4) паровоза "Проворный", выполненная воспитанниками Петербургского технологического института в 1839 году. Именно с этой модели, к 150-летию отечественных железных дорог, выполнен в Балтийском депо Октябрьской железной дороги паровоз-памятник, установленный вместе с четырьмя вагонами в 1987 году на Витебском вокзале Ленинграда.

Значительным событием в развитии русского железнодорожного транспорта явилось сооружение двухпутной магистрали Санкт-Петербург - Москва (1842-1851 годы), положившей начало развитию сети железных дорог нашей страны. В числе свидетелей истории этой 650-километровой магистрали - скатерть-карта и платок-карта, сотканные в ознаменование отправления первого "всенародного поезда" из Петербурга в Москву 1 (13) ноября 1851 года. На них показана топография местности, по которой проходила железная дорога, рисунки вокзалов и подвижного состава. Под стеклом - найденный в 1947 году в земле кусок кабеля конструкции русского физика, члена Российской Академии Наук Б.С. Якоби, применявшийся на Петербурго-Московской железной дороге. Кабель вмонтирован в стеклянную трубку и уложен в распиленный ствол дерева. В зале выставлен скульптурный портрет автора проекта и строителя магистрали Петербург - Москва, профессора института инженеров путей сообщения Павла Петровича Мельникова. Сооружению магистрали предшествовала острая и длительная борьба между противниками и сторонниками строительства железных дорог. Наиболее видными сторонниками строительства железных дорог были выпускники института инженеров путей сообщения П.П.Мельников, Н.О.Крафт, Н.И.Липин и другие, чьи портреты можно увидеть в залах музея. Экспозиция и фондовые материалы музея отражают большой труд этих передовых инженеров, заложивших теоретические и практические основы отечественной железнодорожной науки и техники.

В зале No 2 - специальная экспозиция, посвященная первому транспортному высшему учебному заведению нашей страны. В экспозиции - портрет первого ректора (директора) института Корпуса инженеров путей сообщения А.А.Бетанкура, фотографии первого здания института (бывший Юсуповский дворец) и здания 1823 года, построенного по проекту выпускника ПИИПСа А.Д.Готмана, фотографии аудиторий, планов занятий, воспитанников в форменной одежде. 3десь же альбом с портретами ректоров института с 1809-го по 1988 годы и портреты ученых-выпускников ПИИПСа, заложивших основы транспортной науки и техники в России - П.И.Собко, В.С.Глухов, Н.М.Соколов, В.П.Соболевский, И.С. Янушевский, Н.И.Липин и др.

В зале No 3 развернута экспозиция, показывающая строительство железных дорог во второй половине прошлого и начале нынешнего веков - Екатерининской железной дороги, Бендеро-Галацкой, Мурманской, Транссибирской магистрали.Выставлена обширная коллекция моделей мостов. Интересны модели железнодорожного моста через овраг и реку Веребье длиной 489 метров и высотой 50 метров, считавшегося в то время выдающимся сооружением в Европе, и девятипролетного моста через реку Мсту. Модели выполнены в мастерской строителя этих мостов - Д.И. Журавского. Это был видный ученый, строитель первых решетчатых деревянных мостов на дороге Петербург - Москва, создатель теории расчета раскосных мостовых ферм. В 1855 году он был удостоен премии Российской Академии наук.

Привлекают внимание модели ферм моста через реку Волхов: двухпутная с ездой по низу и разводная с подъемным механизмом. После замены деревянных ферм этого моста железными, вместо подъемного механизма был поставлен откатной механизм - разводная часть не поднималась вверх, как обычно, а откатывалась в сторону, горизонтально вдоль пути.

Экспозиция рассказывает о крупнейшей стройке России - Великом Сибирском пути (1891-1901 годы). Рельсовый путь, проложенный сквозь лесные чащобы, перешагнувший широкие реки, вызвал к жизни, к бурному развитию промышленности, Сибирский край. Экспонаты, рассказывающие об этой стройке, были представлены на Всемирной выставке в Париже в 1900 году и отмечены там медалями.

Привлекает внимание модель ледокола-парома "Байкал", который со скоростью 20,5 верст в час перевозил с одного берега озера Байкал на другой 25 груженых вагонов и 150 пассажиров (в то время огибающей озеро железной дороги еще не было).

Экспонируется модель второго по величине в Европе железнодорожного моста через реку Енисей, построенного по проекту профессора Л.Д. Проскурякова. Этот талантливый ученый в 1887 году создал новый тип мостового строения с применением статически определенной (треугольной) решетки. Л.Д. Проскуряков спроектировал много крупных искусственных сооружений, в том числе однопролетный арочный железнодорожный мост через Москву-реку, который стоит и поныне. Модель этого моста, выполненная на ювелирной фабрике Хлебникова, представлена в музее.

Вызывает интерес срез лиственницы диаметром около 2 метров. Лесной сибирский гигант, которому в то время было 425 лет, стал на пути железной дороги. Срез прислали в подарок музею строители - выпускники Института инженеров путей сообщения, работавшие на постройке Великого Сибирского пути.

Экспозиция зала No 4 рассказывает о развитии отечественного паровозо- и вагоностроения. 3начительное место здесь занимают модели паровозов и вагонов, уникальные фотографии.

Русское паровозостроение, возникшее в 1833-1834 годах на Урале, было продолжено в Петербурге Александровским чугунолитейным механическим заводом. В 1845 году завод начал строить паровозы и вагоны для железной дороги Петербург - Москва. В первых товарных паровозах типа 0-3-0 цилиндры были расположены наклонно, а топка размещалась между средней и задней колесными парами. Продувательные цилиндровые краны открывались снаружи. Не было будки для машиниста и помощника - они стояли на открытой площадке между котлом и тендером. На четырехколесном тендере с деревянной рамой возвышалась гора дров, которые забрасывались в топку паровоза. Модель такого паровоза серии Д, выполненная в середине ХIХ века, представлена в зале. Именно с этой музейной модели в 1960-е годы были сделаны чертежи, по которым выполнен паровоз-памятник, установленный во дворе Пролетарского завода в Ленинграде.

В экспозиции показаны фотографии и модели паровозов, по которым можно проследить эволюцию развития этих машин. Широкую известность на дорогах России получили пассажирские паровозы серий Н и С, грузовые паровозы серий О, Щ, Э - модели этих паровозов можно увидеть в экспозиции.

В зале широко представлено вагоностроение дореволюционной России. Первые пассажирские вагоны, курсировавшие на линии Петербург - Москва, делились на три класса. В вагонах первого класса стояли кресла, второго класса - диваны, спинки которых переворачивались, давая возможность пассажирам сидеть лицом вперед по ходу поезда, в вагонах третьего класса были установлены деревянные скамьи для сидения. Посетитель может ознакомиться с моделями грузовых и пассажирских вагонов. Здесь находится модель пассажирского вагона четвертого класса, для "простого" люда. Небольшой двухосный вагон на жестких рессорах с сиденьями-скамейками отапливался чугунной печкой и освещался сальной свечкой в фонаре.

Привлекает внимание искусно выполненная модель Транссибирского экспресса, курсировавшего между Петербургом и Владивостоком в конце прошлого столетия. Поезд состоял из вагона-салона, вагонов первого и второго классов, вагона-электростанции и кухни.

Большой интерес представляют выставленные в зале No 4 подлинные аппараты связи, действовавшие на первых железных дорогах России. С их помощью соседние станции согласовывали между собой движение поездов.

В первые годы эксплуатации Петербурго-Московской железной дороги применялись представленные в зале стрельчатые телеграфные аппараты Сименса. В центре круглой металлической коробки диаметром 17 - 20 сантиметров под стеклом находилась стрелка, а вокруг нее - секторы-клавиши, на которых были написаны буквы. При нажиме клавиши стрелка на аналогичном аппарате, находящемся на соседней станции, становилась против клавиши с той же буквой. Так передавался текст телеграмм. В 1855-1856 годах их заменили более современными телеграфными аппаратами Морзе. Телеграммы стали передавать комбинацией точек и тире, заменявших буквы.

Телеграфный способ согласования движения поездов между соседними станциями требовал длительного времени. В конце ХIХ века железные дороги были оборудованы аппаратами так называемой жезловой системы. Жезл, вынутый из аппарата с согласия соседней станции (с помощью специального механического устройства), давал право машинисту паровоза занять перегон и вести поезд до этого раздельного пункта.

Первые жезловые аппараты английской фирмы "Вебб-Томпсон" были очень громоздкими, длина каждого жезла составляла 60 сантиметров, а вес доходил до 2 килограммов. В начале века эти жезлы заменили более компактными. Большой жезловой аппарат, действовавший на железнодорожной ветви Кемь - Пристань, можно видеть в зале.

Помимо ряда других приборов и устройств, дающих представление о развитии средств связи и сигнализации на железных дорогах дореволюционной России, внимание посетителей привлекает модель механической централизации системы Макса-Юделя, также применявшейся на наших дорогах.

В вестибюле музея экспонируется карта-схема железных дорог России и СНГ. Шесть диорам, искусно выполненные в 1970-х годах дополняют рассказ о строительстве и работе железных дорог. На площадке второго этажа в экспозиции показаны состояние железнодорожного транспорта в первые послереволюционные годы (с 1917-го по 1924-й), борьба с разрухой, Чрезвычайные съезды железнодорожников (1917, 1918 годы), первые субботники на транспорте.

Привлекает внимание модель паровоза 293, прекрасно выполненная мастером Г.В. Васильевым в 1967 году по заказу музея, и картина художника А.П. Левитина "Выступление Ленина на Чрезвычайном съезде железнодорожников".

В зале No 6 экспозиция посвящена строительству железных дорог в предвоенные пятилетки (1926-1940 годы) и работе транспорта в годы Великой Отечественной войны. Привлекает внимание диорама разрушенной станции, выполненная художником С.П. Светлицким, витрины с макетами бронепоездов времен гражданской и Великой Отечественной войн. Коллекция макетов бронепоездов приобретена музеем в 1986 году у вдовы А.И.Дикого, участника военных событий, исполнившего макеты собственноручно. Дополняют экспозицию работы художников на тему "Железнодорожный транспорт в годы войны".

В залах No 7-11 широко представлены действующие модели и аппаратура, рассказывающие о развитии научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте с 1920-х годов до наших дней. Посетители видят в работе модели строительных и дорожных машин: многоковшовый канавокопатель, экскаватор, уплотняющую машину УМ и путеукладчик УК-25. По теме "Дефектоскопия рельсов" наглядно показаны методы и приборы, применяемые на транспорте для обнаружения старения, трещин, изломов в рельсах. В экспозиции, посвященной строительству Байкало-Амурской магистрали, наряду с фотодокументами, представлены подлинные предметы: вьючное седло для лошади, плащ изыскателя, мерная лента, пикетная книжка и теодолит - подарок инженера путей сообщения Н.Н.Струве. Все это вещи изыскателей 1930-х годов - именно в те годы первые партии изыскателей проходили по трассе будущего БАМа и вбивали первые пикетные столбики (дальнейшим работам помешала Великая Отечественная война); а когда в 1970-е годы здесь начались вновь работы, то некоторые просеки совпали с прежними пометками трассы.

Действующий макет сортировочной горки выполнен в 1937 году, он наглядно показывает устройство горки с параллельно расположенными парками прибытия, сортировки и отправления. Маневровый локомотив вытягивает из парка прибывшие вагоны, затем надвигает их на вершину горки и ...посетитель видит, как каждый вагон-отцеп спускается с вершины горки и занимает приготовленный диспетчером-экскурсоводом путь.

В этом же зале по теме "Развитие устройств СЦБ в 1920-1930-х годах" в экспозиции представлены действующие жезловые аппараты Д.С.Трегера, аппараты перегонной электромеханической полуавтоматической блокировки, однокрылый семафор и семафорный повторитель.

Внедрение новых систем управления движением поездов, широкое применение электромеханики позволили диспетчеру нажатием кнопок на пульте управления готовить маршрут не более чем за 10 секунд. Работу дежурных по станции и диспетчера по приему и отправлению поездов можно увидеть на действующем макете электрифицированного участка железной дороги, включающего четыре станции и три перегона. 3десь представлены четыре системы автоматического регулирования движения поездов. На станции "Горная" применена система МКУ (маршрутно-контрольные устройства). На одном пульте - распорядительном - работает дежурный, на другом - исполнительном - стрелочник. Приготовление маршрута здесь занимает 10 минут. Поезд вышел на перегон и подходит к станции "3вездочка". Дежурный нажатием кнопок на пульте электрической централизации переводит стрелки, открывает сигналы.

Перегон "3вездочка - Космос" оборудован автоблокировкой. При прохождении поездом изолированного блок-участка срабатывают релейные схемы и изменяются показания светофоров. На макете видно, как вместо зеленого сигнала загорелся красный, как опустился автоматический шлагбаум на переезде.

Поезд прибыл на станцию "Космос". Здесь участок оборудован другой системой управления - диспетчерской централизацией. Диспетчер, сидя за большим полукруглым пультом с выносным табло, управляет и следит за двадцатью станциями и перегонами между ними. Нажимаем кнопку приема - срабатывают реле в релейных шкафах, нажимаем вторую кнопку - на табло загорается белая полоса: маршрут для приема поезда готов.

На четвертой станции, "Мир", действует система маршрутно-релейной централизации (МРЦ). Перед дежурным по станции - наклонный пульт с нанесенными на нем путями, маневровыми кнопками, сигналами, индивидуальным управлением стрелками и так далее. Приготовление маршрута для приема или отправления поезда здесь занимает всего лишь 5-10 секунд. Проект макетной части и проектное задание на электрическую часть разработал заместитель директора музея И.И. Хипагин, который проработал в музее с 1935 года по 1967 год. Дипломники ЛИИЖТа Ю. Горлин, Т. Аникина и С. Селина в 1965 году разработали электрические схемы для макета, а бригада ленинградских макетчиков в 1965-1968 годах при непосредственном участии И.И. Хипагина выполнила макетную часть и подвижной состав. Электрический монтаж макета выполнили инженеры Октябрьской дороги Ю.Н.Горлин, К.И.Липов, А.М.Цирюльников.

Богатейшая коллекция моделей локомотивов и вагонов представлена в музее. Экспозицию зала No 10 открывает модель первого советского пассажирского паровоза Су, построенного в 1925 году. Паровоз развивал скорость до 130 километров в час. Рядом представлены модели паровозов ФД (Феликс Дзержинский) 1931 года выпуска и ИС (Иосиф Сталин) 1932 года выпуска; на этих паровозах впервые была применена механическая подача угля в топку стоккером. В витрине выставлена модель такого "механического кочегара".
Привлекает внимание модель грузового паровоза СОк (Серго Орджоникидзе). У этих паровозов, предназначенных для работы в безводных районах страны, необычный тендер-конденсатор: отработавший пар возвращался в тендер, охлаждался в воду, и вновь вода поступала в котел паровоза. Такой паровоз мог проходить без набора воды около 1000 километров.

Действующие модели паровозов Л (Лебедянского) и П38 относятся к машинам, выпускавшихся советскими заводами в 1945-1956 годах. С 1956 года строительство паровозов в нашей стране прекращено.

В этом же зале представлены модели тепловозов, от Щэл выпуска 1924 года до пассажирского тепловоза ТЭП60.

Обширная экспозиция моделей электровозов (пассажирские ПБ, ВЛ22м и двухсекционные грузовые Н8, ВЛ80, работающий на переменном токе ВЛ80к и пригородный электропоезд ЭР10) дает представление о работающих на дорогах страны мощных локомотивах.

В зале No 11 модели вагонов дают возможность проследить коренные изменения, которые произошли в подвижном составе железных дорог. Вместо прежних 20-тонных двухосных вагонов-"коробочек", которые обращались на железных дорогах до войны, промышленность выпускает четырех- , шести- и восьмиосные вагоны грузоподъемностью от 60 до 120 тонн. Число большегрузных вагонов в парке возросло до 95 процентов. В зале представлены модели вагонов для перевозки различных грузов.

Среди них вагоны-ледники с потолочными и боковыми карманами для льда, вагоны для перевозки живой рыбы, вагоны-самосвалы (хоппер, думпкар, полувагоны), цистерны для перевозки молока, нефти, бензина, вина. Все модели выполнены в одну десятую натуральной величины.

В зале экспонируется часть пассажирского вагона в натуральную величину. Такие вагоны, с двухместными купе и душевым помещением выпускались в 1957 году в Ленинграде на заводе имени Егорова.

В этом же зале представлена экспозиция, отражающая скоростное движение на дорогах страны, изыскания в области нетрадиционных скоростных железных дорог и подвижного состава для них. На художественно-технической диаграмме наглядно показано изменение скоростей, начиная с 1851 года и до наших дней. Представлены материалы по работам Н.А. Рынина и А.Г. Воробьева, их лаборатории 1910 года, где была установлена малая аэродинамическая труба. Модели аэропоезда инженера С.С.Вальднера 1931-1941 годов и шаропоезда инженера Н.Г.Ярмольчука 1929-1932 годов вызывают интерес у посетителей необычностью конструкции. Сегодняшний день в скоростном и высокоскоростном движении представлен фотографией электропоезда ЭР200 и макетом электропоезда "Сокол", проектирование которого осуществляет конструкторское бюро "Рубин" в Петербурге.

Далеко не все материалы, имеющиеся в музее, можно показать в постоянной экспозиции. Поэтому музей постоянно организует выставки из фондов, посвященные юбилейным датам дорог, предприятий, персональные выставки ученых, изобретателей.

Музей имеет два филиала - "Музей отечественного мостостроения" в Красном Селе (Санкт-Петербург), где представлены уникальные модели мостов и материалы по строительству мостов в России и площадку "Натурный подвижной состав" на станции Лебяжье Октябрьской железной дороги, где сохраняется около 50 уникальных локомотивов. Среди них паровозы: Ок (1899 год), Од (1901 год), П-0001 (Л) (1945 год), Су -258, П36-249, электровоз СС11-14 (1933 год), три вагона электропоезда См-027 (1928 год).

Сотрудники музея постоянно в научном поиске, постоянно ведут работы по совершенствованию экспозиции.