正阳门馆
中国铁道博物馆正阳门馆的展览内容为“中国铁路发展史”。展陈大纲严格遵循中国铁路130余年的发展轨迹，以五个部分的阶段划分展览命题，运用大量翔实生动的图片史料，全面展示了中国铁路发展的历史轨迹，为广大参观者深入了解中国铁路的过去、现在和未来，同时也为史学界研究铁路历史提供了珍贵史料和重要依据。展览分为五个部分：
第一部分：蹒跚起步的中国铁路（1876-1911）
第二部分：步履维艰的中国铁路（1911-1949）
第三部分：奋发图强的中国铁路（1949-1978）
第四部分：长足发展的中国铁路（1978-2002）
第五部分：科学发展的中国铁路（2002-至今）
东郊馆
东郊馆主要展示机车车辆，建筑面积为16500平方米，展厅内设有不同道床结构和不同轨枕形式的8条展示线路，可以同时展示80-90台(辆) 机车车辆。
展厅内展出了50多台经过整修的机车车辆，其制造年代跨度从1881年到1993年。其中蒸汽机车28台，内燃机车8台，电力机车1台，客车7辆，货车9辆。它们当中既有堪称镇馆之宝的中国现存最早的机车——0号蒸汽机车，还有以伟人名字命名的“毛泽东”号和“朱德”号等功勋机车，也有英、美、日、俄、比利时等国不同时期制造的多种型号的蒸汽机车。内燃机车中有中国制造的第一代“东风”型电传动干线货运机车，中国制造的第一代“韶山”型电力机车等。在这里还可以看到多种客货车辆，有老式的专用客车；有国家领导人的公务车；还有不同种类的铁路座车、卧车、餐车、行李车及不同用途的多种铁路货车等。中国铁道博物馆机车车辆陈列厅展出的文物展品，是中国铁路牵引动力发展变化的缩影，是中国铁路从落后到现代化的历史见证。
詹天佑纪念馆
詹天佑纪念馆位于举世闻名的风景名胜区八达岭长城脚下。1987年，由共和国开国上将、铁道部老部长吕正操亲自选址筹建。展馆建筑面积2800平方米，陈列面积1850平方米，馆藏文物2000余件。詹天佑纪念馆基本陈列分为四部分十二个单元，通过实物、图片、图表、沙盘模型、场景复原及多媒体视频、触摸屏等多种形式和手段，翔实生动地展现了詹天佑先生爱国、创新、奋斗、自强的光辉一生，也展示了现代化和谐铁路建设所取得的辉煌成就，是百年中国铁路史的缩影。
