國家鐵道博物館的規劃與建置，需尊重原有產業文化脈絡為前提，以「全區整備、分區修復、分期開放」為原則，透過滾動式修正檢討博物館整體規劃；同時進行軌道修復、文物車輛購藏，軟體方面則辦理調查研究計畫、徵集鐵道文化資源、館際合作及策辦展覽與教育推廣活動等工作，保持與社會溝通互動。
因應國家鐵道博物館園區整備採取分期分區的開放方式，將依各時期任務規劃賦予不同的角色與功能。2027年將轉型為行政法人營運，開啟博物館重要指標項目，包括博物館主展館、鐵道餐車、鐵道文創等相關設施及服務，展現「活的鐵道博物館」的樣態，並持續維護國定古蹟臺北機廠建築空間及文物車輛整備，累積典藏研究能量，透過各種展示手法的演繹，讓鐵道文化、鐵道技術與鐵道歷史的核心價值，呈現於國家鐵道博物館的場域中。
短程計劃
為回應社會對臺北機廠轉型為國家鐵道博物館的期待，預定2024年底逐步完成園區北側區域空間整備，鄰市民大道側之景觀工程完工拆除園牆後，將可呈現包括總辦公室、澡堂、大禮堂、柴電工場等修復完成之古蹟建築立面，更以規劃完善的人行道及綠廊縫合鄰近空間，大幅改善過去鐵路機廠封閉的印象。預計2025年，待園區軌道及平交道設施完工後，常態開放辦公室、澡堂、大禮堂及柴電工場的常設展、現地展與特展等博物館空間及展覽，透過修復後的軌道進行車輛動態展演，並規劃乘車體驗，回應民眾對於「活的鐵道博物館」的期待，展現鐵道博物館的基本運作模式。
中程計劃
自2027年籌備處將轉型為行政法人營運，除前期既有開放空間外，將開啟博物館重要指標項目，包括開放園區內最大量體、最有魅力的主展館-組立工場，結合園區軌道系統，配合鐵道文化主題選擇對應的館藏車輛，實現世界其他的鐵道博物館難以達成的車輛定期輪展機能。此外，亦將串聯園區東西兩端的定期乘車體驗、鐵道餐車，以及加入虛實整合的鐵道劇場，充實互動展演形式。透過打開周邊相鄰道路介面，增加人行暢通、社區互動等效益，強化未來營運的開放性，創造與周邊城市生活的連結，提供更豐富多元的博物館服務與體驗，呈現鐵道文化的魅力，建立民眾與博物館的情感與連結。
長程計劃
行政法人國家鐵道博物館以「活的鐵道博物館」為概念，藉由場域特色及車輛輪展機制創造遊客再訪的動機，充實研究能量，透過展示、教育、推廣活動，將國定古蹟臺北機廠轉型成為「臺灣特色、亞洲領先、世界矚目」的鐵道博物館。在永續經營方面，將善用保存空間進行委外經營，除穩健發展場館的經營外，利用場域特色，發展館際交流、異業合作等經營，擴大國家鐵道博物館的影響力，並與周邊的松山文創園區、臺北文化體育園區及國父紀念館等館舍發展策略夥伴關係，串聯文創、體育及文化資產等不同領域，形塑為臺北市新的大型公共場域與重要的文化節點，讓鐵道工業遺產與博物館知識體系在當代都市中，重新營造為大眾交集、互動的博物館園區。
