A Közlekedési Múzeumot az 1896-ban, Magyarország ezeréves fennállása alkalmából rendezett millenniumi kiállítás közlekedési anyagából alapították meg, és 1899. május 1-jén nyitották meg a közlekedési csarnok épületében. A kezdetben jórészt csak vasúti és hajózási emlékeket gyűjtő múzeum gyorsan népszerű lett. Gyűjtőköre az első világháború előtt az aviatikára is kiterjedt. Értékes gyűjteményét, és díszes épületét a második világháborúban egy bombatámadás nagyrészt elpusztította.

Csak két évtized után, 1966-ban nyitotta meg újra kapuit a nagyközönség előtt. A külsejében szerényebb, belső kiképzésében azonban a kor színvonalán álló múzeum ekkorra már a közlekedés minden ágazatával, így a közúti és a városi közlekedéssel is foglalkozott. Újabb két évtized elteltével, 1987-re a múzeum épülete egy modern, háromszintes épületszárnnyal bővült.

1985-ben nyílt meg a Repüléstörténeti és Űrhajózási Állandó Kiállítás a múzeum főépületétől alig 300 m-re fekvő Petőfi Csarnok emeleti részén.