Музей ЮЖД был открыт в 1967 г. К 140-летнему юбилею Южной железной дороги в музее был проведен капитальный ремонт и изменена структура экспозиций.
Музей состоит из трех залов, разделенных по эпохам: Зеленый зал (дореволюционный период строительства и становления Курско-Харьковско-Азовской дороги), Красный зал (советский период развития Южной железной дороги) и Синий зал (история развития во времена независимой Украины).
Здесь собрано множество старинных и редких экспонатов, уникальные документы и фотоснимки, макеты подвижного состава. Достопримечательность музея - огромный макет маршрута скоростного "Столичного экспресса Харьков-Киев", который с точностью воссоздает не только сам поезд, но и железнодорожный участок Киев-Харьков с копиями зданий вокзалов Киева, Харькова, Полтавы-Киевской и Миргорода. На макете функционирует система автоматической централизации со светофорами, стрелочными переводами и железнодорожным переездом, а поезд отправляется и делает остановки под музыку и объявления дикторов.