يقع المتحف في محطة سكة حديد الحجاز بالعنبرية يضم قاعات تحتوي على العديد من القطع الأثرية وصالات للعرض المرئي والصور القديمة، بالإضافة إلى متحف سكة حديد الحجاز والذي يحتوي على قطع أثريه تخص القطار العثماني من عربات ومحركات.​ أنشئت محطة سكة حديد الحجاز بالمدينة المنورة في إطار مشروع السلطان العثماني عبدالحميد الثاني لربط إسطنبول عاصمة الخلافة العثمانية بالمدينة المنورة آنذاك بخط حديدي يمر ببلاد الشام، حيث وصل أول قطار إلى المدينة المنورة عام 1326 هـ / 1908 م وأقيم احتفال خاص بهذه المناسبة. يتكون المتحف من 14 قاعة تعرض تاريخ المدينة المنورة وتراثها منذ فترة ما قبل التاريخ حتى العصر الحديث، على النحو التالي: بهو المتحف، بيئة المدينة المنورة وتاريخها الطبيعي، المدينة المنورة قبل الإسلام، المدينة المنورة في العهد النبوي، زوجات الرسول صلى الله عليه وسلم وأبناؤه، المهاجرون، الأنصار، المسجد النبوي الشريف، المدينة المنورة في عهد الخلفاء الراشدين، المدينة المنورة خلال العصور الإسلامية، المدينة المنورة في عهد الدولة السعودية الأولى، المدينة المنورة في عهد الدولة السعودية الثانية، المدينة المنورة في عهد الملك عبدالعزيز، التراث المديني.