Histoire
La direction du matériel et de la traction de la SNCF décide en 1961 le regroupement des matériels préservés dans l'ancien dépôt de Chalon-sur-Saône. Ce regroupement permet la publication en 1965 d'un catalogue "Chemins de fer d’hier pour un musée ferroviaire français" par l'Association française des amis des chemins de fer (AFAC).
Toujours en 1961, la ville de Mulhouse offre un terrain à Dornach pour permettre à la SNCF de présenter les engins et matériels roulants représentatifs de son histoire. Le 14 octobre 1969 naît "l'association du Musée français du Chemin de Fer".

C'est à l'initiative de deux passionnés du chemin de fer, l'industriel mulhousien Jean-Mathis Horrenberger (patron d'une usine de textile) et le parisien expert en histoire ferroviaire Michel Doerr, qu'en 1971 naît le musée. Les premières locomotives garées à Chalon-sur-Saône rejoignent Mulhouse et sont provisoirement placées dans l'ancien dépôt de Mulhouse-Gare du Nord (47° 45′ 29″ N, 7° 18′ 50″ E).
En 1976, les nouveaux bâtiments de l'actuel musée reçoivent leurs premiers visiteurs.

Une seconde tranche d'exposition est ouverte au public en 1983 et le musée reçoit 240 000 visiteurs par an.
En 2005, la fréquentation diminuant, il est décidé de confier la gestion à la société Culturespaces qui est déjà responsable de la Cité de l'automobile - musée national - Collection Schlumpf depuis 1999. Les quatre collectivités (soit l'État, la région Alsace, le département du Haut-Rhin et la ville de Mulhouse) financent les travaux de rénovation pour un montant de 8,6 millions d'euros. L'architecte François Seigneur présente une scénographie nommée Le siècle d'or du chemin de fer, allant de 1860 à 1940, dans une nouvelle halle de près de 6 000 m² avec vingt sept pièces supplémentaires portant à cent quatre le nombre de locomotives, wagons et voitures présentés. Plongé dans une semi-pénombre, le visiteur découvre un ensemble de tranches de technologie dans leur écrin, avec des mannequins, qui s'illuminent au fur et à mesure des déambulations et évoquent les périodes de faste et celles de misère notamment pendant la Seconde Guerre mondiale.
Le 11 mars 2005, le « Musée français du chemin de fer » devient « Cité du train ».

En 2011, dans l'ancien bâtiment rénové, l'accent est plutôt mis sur l'aspect didactique pour expliquer les mécanismes d'évolution et les progrès techniques, aussi bien en vapeur, diesel qu'en électrique. On peut se glisser sous une locomotive à vapeur pour admirer ses entrailles. Une exposition permanente intitulée "Les quais de l'histoire" met en scène plus de soixante locomotives de 1844 à nos jours.
Depuis 2014, un espace extérieur offre « Le Panorama ferroviaire » sur une surface de 6 000 m². Un restaurant d'inspiration ferroviaire, des expositions de matériels de l'Infrastructure (SNCF Infra) et divers espaces thématiques complètent la Cité.
Depuis 2018, la "Cité du Train" devient "Cité du Train - Patrimoine SNCF".

La Cité du Train, un musée, oui, mais bien plus encore : Cité du Train - La destination de vos envies