Suomen Rautatiemuseon esinekokoelmaan kuuluu yli 20 000 esinettä. Monipuoliseen kokoelmaan sisältyy asemien ja vaunujen irtaimistoa, tekstiilejä, astioita ja huonekaluja. Esinekokoelmassa on myös rautatieammattilaisten virkapukuja ja työvälineitä eri vuosikymmeniltä, turvalaitteita, liikenteenohjaukseen ja radanpitoon liittyviä esineitä.
Ensimmäinen merkittävä lahjoitus Rautatiemuseon kokoelmiin saatiin vuonna 1900, kun Sophie Stjernvall lahjoitti edesmenneen puolisonsa, rautateiden rakennuttaja, Knut Stjernvallin 52 jetonia Rautatiemuseolle. Museon rautatiejetonikokoelmaa on täydennetty vuosien mittaan mm. Presidentti Risto Rytille kuuluneilla jetoneilla.
Esinekokoelmiin voi tutustua Finna-palvelussa tai museon tietopalvelun kautta. Lisätietoa ja yhteystiedot löytyvät Kokoelma- ja tietopalvelu-sivulta. Museon näyttelyssä olevaan liikkuvan kaluston kokoelmaan voi tutustua Rautatiekalusto-sivulla.
Muutamia Rautatiemuseon esineitä on 3D-kuvattu. Malleihin voit tutustua Sketchfab-palvelussa.
Milly Tojkanderin virkalakki, Suomen Rautatiemuseon kokoelma. Mallin on toteuttanut Ninma Oy.