大同蒸汽机车陈列馆坐落在中国北方机车车辆工业集团公司大同电力机车有限责任公司厂区内，是在1988年9月15日开幕的“首届中国大同国际蒸汽机车节”期间举办的“中国历史蒸汽机车巡回展”的基础上，和同年12月21日我国制造的最后一台主型干线蒸汽机车出厂以后，逐步兴建发展起来的。曾先后被命名为全国“铁路教育基地”、“山西省德育教育基地”。
继2002年10月23日，铁道部科技馆原存放在大同蒸汽机车陈列馆的包括我国现存最早的“0号”机车和传为慈禧太后乘坐过的御用客车车厢在内的六台(辆)机车车辆，调往铁道博物馆机车车辆陈列厅展出以来，馆内尚珍藏着：“解放”型蒸汽机车。是青岛四方机车车辆厂于1952年8月1日研制成功的新中国第一台蒸汽机车。这台被命名为“八一号”的机车的诞生，结束了中国不能自行研制机车的历史，揭开了中国机车车辆工业发展史上崭新的一页。
“跃进”型蒸汽机车。是济南机车车辆厂于1958年设计试制的轴式为1—3—1的、适应调车作业的蒸汽机车，由济南、唐山、牡丹江、武昌等厂共生产了202台，1961年停止生产。
“KD7”型蒸汽机车。是美国于1944年设计制造的、作为军用物资支援其他国家用于反法西斯战争的。但当机车造好后，第二次世界大战即已结束。1947年联合国救济总署将这批机车全部无偿援助给中国，时称“大美”。
“前进”型蒸汽机车。是大连机车车辆厂于1956年9月试制成功的干线货运机车。该型机车在中国共计生产了4174台，是中国制造数量最多的一种主型货运蒸汽机车。当时被命名为“和平”型，在文化革命期间曾称“反帝”型，文革后改为“前进”型。大连、长春、牡丹江、沈阳、唐山等工厂都曾进行过小172批量生产，后来成为大同机车厂的主要产品。
煤气蒸汽机车。是大同机车厂于1986年9月试制的对前进型机车进行煤气化改造的样车。经过线路牵引试验初步表明，机车燃用煤气燃烧完全，省煤且对环境污染少，减轻了乘务人员的劳动强度。由于存在若干技术上的难题尚未得到解决，该车未能交付使用。其机车部分已改作他用，现仅保留煤水车部分。
波特炉式机车。是大同机车厂于1987年试制的，作为“前进”型蒸汽机车系统改造之前的一台过渡性样车，旨在将机车锅炉传统的层燃方式的火箱改为煤气发生器燃烧方式的火箱，从而达到提高机车功率及锅炉热效率的目的。该车曾经过一个架修期的运用考核，但由于国家牵引动力政策发生重大变化，未能投入生产。
馆内还陈列着30余幅各国早期蒸汽机车的照片，以及京张铁路线上使用过的扬旗、水鹤等文物，并不定期地举办0号机车、皇家御用客车、龙号机车、“前进”型机车、“建设”型机车、东风4型内燃机车、韶山3型电力机车等模型展览。
