In 1910 spreken de directies van de verschillende spoorwegmaatschappijen voor het eerst over het oprichten van een museum. Diezelfde periode begint spoorwegambtenaar George Willem van Vloten met het verzamelen van documentatie, afbeeldingen en andere attributen met betrekking tot de geschiedenis van de spoorwegen in Nederland. Voor het behoud van de collectie richten NS en Van Vloten in januari 1927 de Stichting Nederlandsch Spoorwegmuseum op. Op 1 december 1928 wordt in één van de inmiddels verdwenen NS-gebouwen in Utrecht het officiële Nederlandsch Spoorwegmuseum geopend. In 1935 verhuist het museum de collectie naar Hoofdgebouw I aan het Moreelsepark. Tijdens de Tweede Wereldoorlog verhuist het Spoorwegmuseum naar de oostvleugel van het Rijksmuseum. In 1944 sluit het museum en na de oorlog wordt de collectie op het Amsterdamse Centraal Station opgeslagen.
Begin jaren ’50 wijst president-directeur van NS F.Q. den Hollander het in 1939 gesloten Utrechtse Maliebaanstation als nieuwe locatie voor het museum aan. Na de verbouwing van het station wordt het museum op 5 november 1954 officieel in gebruik genomen. Naast de vooroorlogse collectie van documenten en dergelijke is er op het spoor langs het eerste perron nu ook ruimte om historisch spoorwegmaterieel te stallen. In de beginjaren zijn hier zeven stoomlocomotieven neergezet die hier bijna 50 jaar permanent blijven staan. Begin jaren ’60 zijn de restanten van de oude stationskap vervangen door een nieuwe overkapping over het perron en het eerste spoor. Omdat de andere sporen nog in gebruik zijn voor het goederenvervoer zijn een jaar eerder op het voorterrein van het museum vier sporen aangelegd om de groeiende collectie rollend materieel tentoon te stellen.
Om ook dit historische materieel beter tegen de slechte weersomstandigheden te beschermen is in 1974 op het achterterrein een eilandperron aangelegd. Het perron en de twee sporen langs het perron krijgen een overkapping in dezelfde stijl als de kap boven spoor 1. De collectie van het voorplein verhuist hierna naar de achterzijde van het Maliebaanstation. Omdat de doorgaande sporen van de Oosterspoorlijn nog altijd in gebruik zijn voor het goederenvervoer en bij omleidingen zijn beide perrons via een loopbrug verbonden. Het stationsgebouw krijgt in 1975 de status van Rijksmonument.
Aan de vooravond van het 150-jarig bestaan de spoorwegen in Nederland is het museumgebouw een jaar lang grondig verbouwd. Hierbij is de inrichting compleet gemoderniseerd. Meest in het oog springend is de grote filmzaal in de stationshal. In beide zijvleugels is een extra verdieping ingericht die met een loopbrug door de stationshal met elkaar zijn verbonden. Het gebouw is zo ingericht dat een route ontstaat waarin de ontwikkeling van de spoorwegen in Nederland in chronologische volgorde kan worden gevolgd. Het achterterrein van het museum dat na het verdwijnen van het laatste goederenvervoer voornamelijk in gebruik is als opslagterrein wordt opgeruimd en ingericht als spoorlandschap. Op het terrein komen enkele gebouwen als een seinhuis uit Hoogezand-Sappemeer en een overweghuisje uit Elst. Ook wordt zowel een normale- als een modelspoorlijn aangelegd waarover het publiek een rondje kan rijden. In juni 1989 is het vernieuwde museum weer in gebruik genomen. Omdat het grootste deel van de festiviteiten rondom 150 jaar spoor in en om de Utrechtse Jaarbeurshallen plaatsvinden, laat NS via Lunetten een pendeltrein tussen het Centraal Station en het museum rijden.
In de jaren ’90 is het achterterrein verder ingevuld met een goederenloods uit Nijverdal waarin onder andere een restaurant komt. Ook komt er een nieuw gebouw met daarin de multimedia-attractie Holland Rail Show.
Het Spoorwegmuseum beschikt inmiddels over een uitgebreide collectie van ruim 120 stuks rollend materieel. De afgelopen decennia heeft het museum al een deel van de collectie afgestoten. Zo is het grootste deel van de tramrijtuigen van de hand gedaan en is een deel van het spoorwegmaterieel in bruikleen bij museumspoorlijnen. Een deel van de museumcollectie is opgeslagen in de Wagenwerkplaats Blerick. Het materieel wordt hier niet alleen opgeslagen maar ook opgeknapt en onderhouden. Er vinden regelmatig uitwisselingen tussen ‘Utrecht’ en ‘Blerick’ plaats. Ook in het museum wordt het materieel regelmatig verplaatst. Daarnaast is regelmatig materieel van andere musea en verenigingen uit binnen- en buitenland in het Spoorwegmuseum te zien.
Een compleet nieuw museum
In september 2003 sluit het museum wederom voor een grote verbouwing. Hierbij is het complete stationsgebouw opnieuw helemaal leeggehaald, deze keer om het gebouw zoveel mogelijk in de oorspronkelijke staat terug te brengen. Het station krijgt hierbij zoveel mogelijk de oorspronkelijke inrichting van een statige stationshal, verschillende wachtkamers, stationsrestauratie en bestelgoederenafdeling terug. Ook de Koninklijke wachtkamer uit het in 1973 gesloopte station Den Haag SS krijgt een plek in het gebouw. Het stationsgebouw krijgt de opvallende roze kleur die het ook bij de opening in 1874 heeft.
Ook het achterterrein wordt vrijwel compleet opnieuw ingericht. Hierbij verdwijnen de opstelling van het spoorwegmaterieel uit de jaren ’70 en het spoorlandschap uit de jaren ’80. Op het vrijgekomen terrein komt een groot nieuw museumgebouw met het industriële karakter van een 19e-eeuwse werkplaats. Het nieuwe gebouw biedt niet alleen onderdak aan een groot deel van de materieelcollectie maar ook aan verschillende attracties. Ook de Nijverdalse goederenloods komt binnen de muren van het museumgebouw te staan.
Op het buitenterrein liggen nog diverse sporen en komen onder andere een draaischijf en een watertoren. Het museum is zo ingericht dat de bezoeker via vijf verschillende ‘Werelden’ een reis door de geschiedenis maakt. De nadruk ligt voortaan meer op het vermaak van het grote publiek met de collectie als onderdeel van het decor. In juni 2005 is het compleet vernieuwde Spoorwegmuseum weer geopend voor publiek.
Museummaterieel op pad
Een deel van het museummaterieel is rijvaardig en wordt vooral na de eeuwwisseling af en toe gebruikt voor bijzondere ritten. Zo rijdt van 2007 tot 2015 bijna maandelijks de Heimwee Express een weekend lang via verschillende routes een korte rit vanuit het museum. De trein is met vrijwel al het rijvaardige reizigersmaterieel uitgevoerd. Ook de museumpendel tussen Utrecht Centraal en het museum wordt af en toe met museummaterieel gereden. Tijdens het spoorwegjubileum zijn zelfs alle ritten gepland met de gerestaureerde Blokkendoos van het museum. Door de grote belangstelling is echter ook vaak ander materieel te zien.
Tijdens excursies en conditieritten is het museummaterieel in het hele land te zien. Het onderhoud aan het dienstvaardige materieel van het museum vindt naast de museumwerkplaats in Blerick ook in de reguliere onderhoudsbedrijven van NS plaats.
Op de foto boven dit artikel is een klein deel van het buitenterrein van het Spoorwegmuseum te zien met in het midden Mat.’46-treinstel 273. Links is onder andere de watertoren te zien en rechts staat bagagewagen NS 4088 met de permanente expositie ‘Beladen Treinen’. Utrecht, 16 september 2018.