Polskie Koleje Państwowe S.A. wraz z Urzędem Marszałkowskim Województwa Mazowieckiego, mając na uwadze ochronę dziedzictwa kolejowego w Polsce, zadecydowały o konieczności powołania nowej instytucji kultury, pod nazwą Stacja Muzeum, która jest spadkobiercą ideowym i merytorycznym Muzeum Kolejnictwa w Warszawie. Placówka ta posiadała w swoich zbiorach wiele drogocennych i unikatowych na skalę europejską eksponatów, które należycie uchronione od zniszczenia i poddane gruntownej renowacji będą stanowiły oś narracji nowej wystawy.
Stacja Muzeum prowadzi swoją działalność w budynku nieczynnego już dworca Warszawa Główna Osobowa, położonego przy ulicy Towarowej 3 w Warszawie, do czasu wybudowania nowoczesnej siedziby dla Stacji.
Rozmowy na temat relokacji i restrukturyzacji Muzeum Kolejnictwa rozpoczęły się już kilka lat wcześniej. 15 lipca 2014 roku Województwo Mazowieckie, Miasto Stołeczne Warszawa, PKP S.A. oraz Naczelna Organizacja Techniczna zrzeszająca 37 stowarzyszeń podpisały list intencyjny określający współdziałanie w zakresie powołania nowej instytucji kultury – Centrum Komunikacji i Techniki. W toku dalszych prac okazało się, że projekt ograniczył się jedynie do części dotyczącej dziedzictwa kolejowego i dlatego zmniejszyła się liczba partnerów. W dniu 21 października 2014 roku podpisana została pomiędzy PKP S.A. a Województwem Mazowieckim warunkowa umowa określająca zasady współdziałania stron w procesie tworzenia Stacji Muzeum i od tego momentu wiadomo, że nie powstanie Centrum Komunikacji i Techniki, ale Stacja Muzeum poświęcona tematyce kolejowej. 8 maja 2015 roku pomiędzy Województwem Mazowieckim a Polskimi Kolejami Państwowymi S.A. została zawarta warunkowa umowa o utworzeniu i prowadzeniu samorządowej instytucji kultury pod nazwą „Stacja Muzeum”, która zdefiniowała wszystkie obszary współpracy dwóch współorganizatorów, a w jej wyniku kilka tygodni później – 15 czerwca Sejmik Województwa Mazowieckiego podjął dwie uchwały: w sprawie likwidacji Muzeum Kolejnictwa w Warszawie oraz utworzenia i prowadzenia wspólnie z PKP S.A. samorządowej instytucji kultury – Stacji Muzeum, a także nadania jej statutu. Dnia 31 marca 2016 roku Muzeum Kolejnictwa zostało wykreślone z rejestru instytucji kultury.
W dniu 14 maja 2016 podczas Nocy Muzeów Stacja Muzeum została uroczyście otwarta dla zwiedzających po ponad dwumiesięcznej przerwie związanej z czynnościami likwidacyjnymi po Muzeum Kolejnictwa w Warszawie.