El Museo se ubica dentro de unas valiosas instalaciones de patrimonio industrial, concretamente en el antiguo depósito de locomotoras de Vilanova i la Geltrú construido a finales del siglo XIX.

Del conjunto de edificios que lo forman, el más emblemático es la Rotonda donde|dónde se guarda una de las colecciones de locomotoras de vapor más importantes de Europa (desde la más antigua de España hasta la última que funcionó) y otras eléctricas y diésel, así como diversos vehículos (el primer Talgo que funcionó o pequeños automotores) y coches de viajeros.

Además de las grandes piezas sobre vía, el Museo del Ferrocarril exhibe elementos destacados del ámbito ferroviario de todas las épocas como la mesa|tabla de enclaves y el puente de señales de la Estación de Francia.

El espectacular audiovisual Sube al Tren de la Historia con 1500 imágenes y numerosos efectos especiales propone un viaje por|para la evolución del ferrocarril.

Las nuevas tecnologías ferroviarias, especialmente la Alta Velocidad se pueden conocer en el Espacio Siglo XXI.

Otros espacios y servicios:

. El área alumbre, a Pequetren.
. Teatro Virtual.
. El Cine y el tren, Cinematrén.
. Sala de Exposiciones Temporales.
. Biblioteca monográfica dedicada al ferrocarril.
. Tienda-librería especializada.