Музей располагается в первом здании вокзала Екатеринбурга, которое было построено в 1878 году под руководством архитектора П. Шрейбера. Открытие музея произошло незадолго до запуска Горнозаводской железной дороги — первой на всей территории Урала — в 1970 году. Однако экскурсии в нем проводились только по предварительной записи. С 2003 года музей открыт для свободного посещения. Сегодня этот архитектурный памятник XIX века, который дошел до наших дней в неизменном виде, располагается рядом с современным вокзалом.
Перед входом в музей располагаются скульптурные композиции, которые посвящены железнодорожным профессиям. Здесь можно увидеть памятники начальнику станции, проводнице, путейским рабочим. Авторство принадлежит мастерам Ю. Крылову и А. Кокотееву. Также здесь можно увидеть семафор, путейскую тележку, рельсы и шлагбаум.
Внутри музей разделен на 2 части. Историческая экспозиция раскрывает факты о строительстве Пермской и Уральской горнозаводской железных дорог, о появлении в России паровозов. Техническая экспозиция содержит макет железнодорожных станций с разными видами тяги — электровозной и паровозной, при этом макет является действующим. Проведение электроэнергии на Свердловской железной дороге можно увидеть на крупной схематичной карте.