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プロムナード
駅のプラットホームをイメージした全長約100mのプロムナードに、“シロクニ”C62形蒸気機関車や“夢の超特急”0系新幹線電車など、時代を象徴する車両を連結した編成の形で展示しています。
本館
広大な吹き抜け構造となる本館では、500系新幹線電車、寝台特急でも活躍した581形電車、ボンネット型の489形電車というJR西日本を代表する車両を展示しています。
トワイライトプラザ
歴史的価値を有するトラス構造を再利用した空間に、戦後を代表する電気機関車や寝台車、そして、2015年春に引退した寝台特急「トワイライトエクスプレス」を展示しています。
扇形車庫
現存する日本最古の鉄筋コンクリート造りの扇形車庫に、動態保存車両8両（営業運転車両3両）を含む蒸気機関車20両を保存・展示しています。
引込線
館外に延び、実際の営業線とつながる引込線を活用して、現役で運行している車両なども臨時で展示する予定です。