Il museo è stato realizzato nel luogo in cui sorgeva il Reale Opificio Borbonico di Pietrarsa, struttura concepita da Ferdinando II di Borbone nel 1840 come industria siderurgica e dal 1845 come fabbrica di locomotive a vapore. Nel 1853 a Pietrarsa prestavano la loro opera circa 700 operai facendo dell’Opificio il primo e più importante nucleo industriale italiano.

Nel 1905 è entrato a far parte delle infrastrutture primarie delle nuove Ferrovie dello Stato. Con l’avvento dei nuovi sistemi di trazione elettrica e poi diesel, ha avuto inizio il declino della fabbrica, culminato il 15 novembre 1975 con il decreto di chiusura e la decisione di farne un museo ferroviario.

L’inaugurazione è avvenuta il 7 ottobre 1989 in occasione del 150º anniversario delle ferrovie italiane.