Предшественником музея Петербургского государственного университета путей сообщения был музей Института Корпуса инженеров путей сообщения, основанный Августином Бетанкуром в 1813 году для учебных целей. Сегодня этот музей известен как Центральный музей железнодорожного транспорта и располагается он в специально построенном для него в 1902 году здании на Садовой улице, дом 50.

После переподчинения музея Министерству путей сообщения Университет остался без своего музея. Идея его воссоздания неоднократно поднималась членами Учёного совета Университета в конце 1980-х годов, на протяжении ряда лет велась подготовительная работа, и в декабре 1993 года было принято решение об организации Музея Университета. Его официальное открытие состоялось 1 декабря 1994 года во время празднования 185-летия вуза. Экспозиция Музея разместилась в реконструированном помещении рядом с Колонным залом первого корпуса Университета на Московском проспекте.

В 2003 году Музей был перемещён на третий этаж центральной части Дворца Юсуповых на Фонтанке. В 2004 году по инициативе учёных вуза создан ещё один отдел Музея — кабинет А.А. Бетанкура — с иллюстративным материалом, макетами и обстановкой, характерной для начала-середины XIX века.

В 2010 году по решению ректора Университета д.т.н., профессора В.И. Ковалёва Музей был перенесён в левый флигель Дворца, где при Юсуповых находилась картинная галерея. Концепция экспозиции Музея разрабатывалась Советом Музея под руководством проректора по культуре, д.и.н. И.П. Киселёва. В составе Совета: д.т.н., профессор М.М. Воронина; директор Музея, к.т.н., доцент Н.А. Елисеев; директор ЦМЖТ Г.П. Закревская; к.т.н. профессор В.А. Кудряшов; к.т.н., доцент Д.В. Никольский; главный хранитель Музея Университета М.С. Максимова; д.т.н., профессор В.Е. Павлов; директор Научно-технической библиотеки Л.М. Родионова; заведующий кафедрой «История» д.и.н., профессор В.В. Фортунатов.

Открытие Музея после масштабной реконструкции состоялось 8 февраля 2013 года и было приурочено к празднованию Дня российской науки и 255-летию со дня рождения Августина Бетанкура.

Сегодня Музей Университета занимает 10 залов анфилады западного флигеля Дворца Юсуповых на Фонтанке. Его экспозиция знакомит с историей становления и развития инженерной науки в России и историей первого транспортного вуза. В Музее проходят групповые экскурсии для школьников, студентов, взрослой аудитории, а также квесты, мастер-классы и лекции.