Il museo raccoglie più di 100 testimonianze sopravvissute all'inesorabile processo di sostituzione dei tempi che ripercorrono tutte le più importanti tappe della storia sarda delle ferrovie, è ubicato all'interno della stazione di Cagliari.
Nell'atrio della stazione di Cagliari è pure esposta la locomotiva a vapore D 744.003, l'unica sopravvissuta della serie, utilizzata per lungo tempo nei collegamenti Cagliari-Olbia.
