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  中國鐵道博物館的前身是成立於1978年的鐵道部科學技術館。其定位為鐵道部宣傳中國鐵路科學技術現代化的官方單位。主要任務包括配合鐵道部科教司、中國鐵道學會參與中國鐵路科學技術交流和普及工作;參加組織和籌辦國內外展覽會;組織和籌辦以鐵路科學技術為主題的展覽會;對中國鐵路建設成就、科技成果編寫出版畫冊及技術說明,製作展覽模型等;對鐵路歷史文物進行蒐藏、展示以及保護工作。但鐵道部科學技術館成立之初並無正式的館址。1991年6月,鐵道部擬建中國鐵道博物館或博覽中心,館址選在鐵道部科學研究院實驗基地附近。1993年3月,鐵道部科學技術館由鐵道科學研究院代管。  2000年開始,鐵道部科學技術館開始籌劃建立國家級的鐵路博物館,並進行大量前期工作,徵集了大量的鐵路文物史料。2002年初,位於北京市朝陽區的“鐵道部科研試驗展示交流中心機車展示庫”開建,場地鄰近北京大山子環形鐵道。2002年11月2日,中國鐵道部與中國大陸著名鐵路迷社群海子鐵路網合作,新建成的鐵道部科學技術館特別對全國鐵路愛好者試驗性開放展覽一天,機車車輛陳列廳同日正式對外展出,時任鐵道部部長傅志寰亦出席了開館典禮。  2003年9月,根據中央編制委員會辦公室中央編辦復字〔2003〕113號檔案《關於鐵道部科學技術館更名為中國鐵道博物館的批覆》,鐵道部決定鐵道部科學技術館更名為中國鐵道博物館。 9月22日,鐵道部發布鐵勞衛函〔2003〕384號檔案《關於鐵道部科學技術館更名為中國鐵道博物館等事項的通知》,鐵道部科學技術館正式更名為中國鐵道博物館。

  中國鐵道博物館分為三個館:正陽門館、東郊館、詹天佑紀念館。

  中國鐵道博物館東郊館主體包括機車車輛陳列廳、綜合展廳和鐵路專題展廳。佔地157334平方米,現建築面積20500平方米。館內設綜合展廳建築面積4000平方米,展示有關中國鐵路歷史展覽。還設有機車車輛陳列廳,陳列廳建築面積16500平方米,廳內有8條展示線路,可以同時展示80-90輛鐵路機車車輛,包括歷代鐵路機車、客車等。此外,展館東側還有一個車站外形的影視拍攝基地,電視劇《歷史轉折中的鄧小平》中的部分場景即在此拍攝。

  

  館內也收藏由鐵道部專運處下放的公務車、中國鐵路18型客車、19型客車、21型客車、22型客車、各種貨車、特種運輸車輛、DK16等軌道車輛。
中國鐵道博物館(英語:China Railway Museum)是中國鐵路唯一的國家級專業博物館,位於北京市。作為隸屬於中國鐵路總公司的事業單位,中國鐵道博物館主要負責鐵路文物、科研成果等展品的收藏、保管、陳列、展示及編輯研究工作,促進鐵路科技現代化,作為愛國主義宣傳教育和科學普及教育的基地。中國鐵道博物館有三個館:正陽門館、東郊館、詹天佑紀念館。