Az ezredévi kiállítás ideje alatt az ideiglenes pavilonokban Magyarország mutatkozott be a világnak. Teljes képet igyekeztek adni a múltról és a jelenről, összegyűjtve a magyarság hagyományait, a kultúra és a tudomány területén elért eredményeit. E bemutatók sorába tartozott a közlekedésügy, a millenniumi kiállítás X. csoportjaként. A gondos munkával összegyűjtött tárgyaknak óriási figyelmet szentelt a századvég közönsége. A szervezők ezért elhatározták, hogy nem hagyják elkallódni az értékes gyűjteményt, hanem egy állandó múzeum létrehozásával megtartják és bővítik.

Az 1896. évi millenniumi kiállítás anyagára épülve alapították a Közlekedési Múzeumot, mely létrehozásának  fő szószólója Banovits Kajetán volt. Kitartó munkájának köszönhetően báró Dánel Ernő kereskedelemügyi miniszter engedélyezte a múzeum alapítását, amely 1899. május 1-jén nyílt meg a látogatók előtt.
Akkoriban tizennyolc mozdony modellje kápráztatta el a közönséget, köztük ma is látható az 1:5 léptékű Pest gőzmozdonynak a modellje. A millenniumi Közlekedésügyi Csarnokot Pfaff Ferenc MÁV felügyelő tervezte, és ? hasonlóan a többi pavilonhoz ? ideiglenesnek épült, a múzeum létrehozásával azonban fokozatosan állandó épületté alakították át. Az 1896-os kiállítás egyik legimpozánsabb csarnoka romantikus-eklektikus stílusban épült. A kupola átmérője 26 m, a magassága 67 m volt. 3100 m²-es kiállítóterében a vasút, a közút, a hajózás és vízi építészet, valamint a posta, távbeszélő és távirda legfontosabb tárgyai kaptak helyet. A járművek, alkatrészek, különféle berendezési tárgyak, valamint számos modell mellett fényképek, térképek, rajzok, menetjegyek adtak képet a magyar közlekedés fejlődéséről nemzetközi anyaggal kiegészítve. A hídépítészetet méltán képviselte a tordai Aranyos-híd 1:25 méretarányos modellje. A városi közlekedést eredeti járművekkel szemléltették: a debreceni gőzüzemű helyiérdekű vasút pótkocsija 1889-ből, Budapest első állandó ? Baross utcai ? villamosvonalának motorkocsija 1889-ből maradt meg. A folyamszabályozás és a tengerhajózás emlékei külön csarnokban voltak láthatók. A gyűjteményt fokozatosan gyarapították, időközben a repülés magyar és külföldi gépei, modelljei is helyet kaptak az épületben. A helyhiány azonban hamarosan nyilvánvalóvá vált, és több terv is született a múzeum bővítésére, illetve a Műegyetem mellé történő telepítésére. A pénzhiány és a két világháború azonban az elképzeléseket meghiúsította.

1944-ben két bombatalálat érte a múzeumot, jelentős károkat okozva az épületben és a gyűjteményben. Hosszú évekig bizonytalan volt a gyűjtemény sorsa, noha a lelkes munkatársak mindent megtettek a fennmaradásért. Csak az 1950-es évek végén dőlt el, hogy helyreállítják a romos épületet. Szerényebb kivitelben ? a kupolát, bár statikailag nem volt indokolt, lebontották ?, a kor ízlésének megfelelően építették át, és végül 1966. április 2-án nyitotta meg kapuit az új Közlekedési Múzeum.
Az új állandó kiállítás előkészítése azt is jelezte, hogy a múzeum már nem csupán őrzője kíván lenni a tárgyaknak, hanem a közlekedéstörténeti kutatások központja is. Ideiglenes, tematikus kiállításaival, kiadványaival időről időre a legújabb kutatási eredményeket tárja a szakemberek és a nagyközönség elé.
1971-ben a Közlekedési Múzeum országos múzeumi státuszt kapott.
Jelenleg valamennyi közlekedési ág fejlődésével megismerkedhet a látogató. A múzeum központi épületében ?, amely 1987-ben egy új kiállítási épülettel bővült ? az autózás 100 éves történetét, a magyar vasúttörténet 150 évét, a magyar hajózás 150 éves történetét, valamint a közúti közlekedés és a városi közlekedés történetét tekinthetik meg az érdeklődők. A Petőfi Csarnokban a repülés története és az űrhajózás legizgalmasabb fejezeteit bemutató kiállítás látható.