JR東日本創立20周年記念事業のメインプロジェクトとして、万世橋近くにあった交通博物館が2006年5月14日に閉館されたものにかわって、2007年10月14日鉄道の日に建設された。ヒストリーゾーン、エントランスゾーン、コレクションゾーン、ランニングゾーン、パークゾーン、ノースウィングゾーンの6つのゾーンからなる。車両展示、模型ジオラマ、パーツ等の見学、運転シミュレーションの体験をすることができる。鉄道博物館のロゴはグラフィックデザイナーの廣村正彰がデザインした。ロゴの3つの輪は、車輪をあらわしていたり、路線を象徴していたり、博物館の3つのコンセプトの鉄道、歴史、教育をあらわしていたりと多重の意味がこめられている。