20周年，取代原位于东京都千代田区的旁、已于2006年5月14日关闭的交通博物馆，其展出内容也从以铁路为中心的各种交通设备，回归至单纯介绍铁路之发展。其馆址原为JR东日本大宫工场的车辆解体场，兴建博物馆后仍保留部分原有的线路，使馆内的展示车辆能从既有的营业线自由出入。该馆于2007年10月14日（）开幕，在一年内就达到入馆人数100万人次的纪录。2014年11月5日，铁博宣布将进行扩建工程，在原有主馆舍（本馆）的南侧增建地上5层、楼地板面积约8,500平方公尺的新馆舍。该新馆命名为「南馆」，于2018年