Музей истории железных дорог открылся 30 июля 2004 года. Его помещения расположились под крышей Дома культуры железнодорожников около железнодорожного вокзала. Количество экспонатов поначалу было невелико. Открытию музея предшествовала подготовительная работа по сбору материала, оставшегося от ранее существовавших комнат трудовой и боевой славы, а также из областного архива и из музея истории Дальневосточной железной дороги. Часть натурных экспонатов и документов получены от частных лиц: родных и близких ветеранов-железнодорожников и просто неравнодушных к истории своих предприятий.
В мае 2005 года был сделан выбор площадки для музея под открытым небом рядом со станцией Южно-Сахалинск, в августе того же года она открылась. Первыми экспонатами стали образцы подвижноого состава японского производства 30-х годов XX века: двухосная платформа, двухосный крытый вагон и снегоочиститель «Вадзима», работавший на Сахалине до конца 80-х годов XX века.
Сейчас на площадке под открытым небом находится 29 экспонатов, кроме того на привокзальной площади находится японский паровоз D-51 №022 выпуска 1949-50 гг. В помещениях музея представлено около 400 экспонатов и почти 1 тысяча фотографий
ОСНОВНЫЕ натурные экспонаты музейной экспозиции под открытым небом:
- японский снегоочиститель «Вадзима»;
- японский снегоочиститель «Паровой ротор» 1936 года постройки;
- японский вагон дизель-поезда «Киха-58» 1963 года постройки;
- построенный в Японии в 1963 году дизель-электрический кран «Сумитомо» грузоподъёмностью 50 тонн на железнодорожном ходу колеи;
- советский паровоз серии 159 колеи 750 мм, постройки 1930-х годов на Новочеркасском локомотивостроительном заводе имени С.М.Буденного;
- японский паровозов серии D51 колеи 1067 мм, которые эксплуатировались на Сахалине вплоть до замены их тепловозами серии ТГ16;
- моторный вагон дизель-поезда «D2» японского производства 1986 года выпуска;
- секция «А» тепловоза серии ТГ16 №064 производства Людиновского ТСЗ города Людиново Калужской области.
Уникальность музея, как можно заметить из состава экспозиции, состоит в том, что здесь представлена техника необычной для России колеи 750 мм и 1067 мм, это связано с историей зарождения и развития железнодорожного транспорта в Японии, колеи, ушедшей в прошлое в связи с перешивкой ее на общероссийский стандарт 1520 мм и техническим перевооружением магистрали.