香港铁路博物馆位於大埔墟市中心，该馆前身是大埔墟火车站，于1913年建成，面积达6,500平方米，是一座风格独特的金字顶中国传统建筑，以往是九广铁路重要车站之一。但由于九铁于1980年代引进电气化火车，新大埔墟火车站于1983年启用，因此旧大埔墟火车站于同年4月6日关闭。其后该火车站原址于1984年被列为法定古迹，在车站周边加建路轨，并对原车站建筑进行复修及翻新工作。1986年12月20日由区域市政局主席张人龙、九广铁路公司主席霍士杰、区域市政总署署长孙明扬等主持，21日起开放予市民参观。博物馆专门介绍九广铁路历史。由于建筑、藏品有一定的历史和观赏价值，故该馆经常成为香港影视工作者的取景地。随着两铁合并，馆内展览厅于2010年新增了香港地铁的简史，紧贴香港铁路的急速发展，展出一系列文物和历史图片，重塑昔日铁路的轨迹，和透过不同时期的铁路标志、新支线概况等互动展品，带领参观人士穿梭铁路今昔。

博物馆中保留了6辆历史车卡、手动及机动工程车各一辆。在1997年新增了沙头角支线曾使用的窄轨蒸气机火车头，并于2004年新增了九铁于1955年引进的首台柴油机车——名为亚历山大爵士号的51号机车。除此之外，博物馆摆放了不少当年使用过的工具、火车模型、图片历史介绍以及曾使用的信号系统等。
至于原有的电气化样版火车头，早年曾开放对外参观。但到了90年代时改为教学室，不再对外开放。电气化火车头最终在于2004年拆缷。