整體規劃
從台北機廠產業遺產轉型成為國家鐵道博物館，其建置過程乃是將知識與空間予以重構。故博物館整體規劃將延續其原本的空間脈絡與場域精神，並在「活的鐵道博物館」的核心價值下進行。
國家鐵道博物館的規劃乃從「場域建立」開始，整合規劃古蹟建築、機械器物以及軌道紋理介面，將空間轉化為符合國家鐵道博物館於籌備期及未來所需之營運機能。在空間整備的期間，同步向外推展與完整鐵道博物館的各項功能：「研究典藏」、「運轉維護」、「展示教育」、「公共服務」，以達成現代博物館於社會性、公共性及永續性的目標。
各項國家鐵道博物館功能架構如下 :
國家鐵道博物館的規劃乃從「場域建立」開始，整合規劃古蹟建築、機械器物以及軌道紋理介面，將空間轉化為符合國家鐵道博物館於籌備期及未來所需之營運機能。在空間整備的期間，同步向外推展與完整鐵道博物館的各項功能：「研究典藏」、「運轉維護」、「展示教育」、「公共服務」，以達成現代博物館於社會性、公共性及永續性的目標。
各項國家鐵道博物館功能架構如下 :
研究典藏
整合型主題研究
以鐵道為主題，自科學、文化、歷史等核心向外擴張不同主題，如聲音、性別、族群、時間觀等，挖掘詮釋鐵道背後的多重意涵，逐步積累全貌觀之知識研究資料庫。典藏規劃
配合博物館營運的館藏發展政策，典藏鐵道車輛、軌道系統與相關工程技術物件、模型、公文圖檔，並徵集與鐵道文化發展相關的票證、海報、藝術與影音創作、圖書文獻資料，加上園區現地保存的機器設施等珍貴物件。豐沛的典藏可以支援研究、展示及公共服務所需，產出更多的研究與知識交流。
- 公共服務
公眾參與，共創城市生活
透過參與模式，持續與地方社群、專業團體、國內外相關館舍，及各領域的公眾對話、交流與理解，建立合作機制與資源的串聯，達到鐵道文化資產保存的最大化。
◆觀眾服務
透過觀眾服務需求調查、觀眾行為研究，規劃多元詮釋觀點之展演活動及各項支援服務與友善服務設施。同時持續藉由服務品質與滿意度調查等，據以回饋至各項博物館工作。
◆社群合作
包含地方社群、跨領域專業社群、公眾的對話與交流，以及與國內外館舍建立相關合作機制與資源的串聯。
◆行銷出版
相關紀錄片、專書、繪本及年報等出版計畫，並透過社群平台，促進媒體公關與博物館形象建立，及發展鐵道相關文創。
- 展演教育
延續場域精神，詮釋台灣鐵道文化
以「鐵道資源」為核心，社會、文化、科技為三個向度，因應台北機廠原空間脈絡的場域精神，對應發掘出鐵道歷史、鐵道文化、鐵道技術的展演主軸，呈現出台灣人的鐵道記憶、鐵道與當代生活、鐵道生命史等展演內容。
- 運轉維護透過進行車輛靜態與動態展示、軌道車輛運轉、旅運服務模擬重現等，園區內的軌道系統修護、車輛保養維修等例行性作業，亦是博物館展示的一環。
