La collection de véhicules Talgo est l'un desjoyaux du Musée. Elle est tout d'abord formée par une composition (locomotive et quatre wagons) de Talgo II, construit en 1950, qui fut le premier modèle commercial en fonctionnement. Une extrémité de locomotive de Talgo III donne accès au Musée. De plus, il existedeux locomotives des séries 353 et 354 en état de fonctionnement, ainsi qu'une branche de Talgo RD qui, pour des raisons d'espace, n’est pas exposée dans les locaux du Musée. À l’occasion des 25 ans du Musée, un nouvel espace appelé Espace Talgo retraçant l’histoire de la société Patentes Talgo et son rôle novateur dans la technologie ferroviaire a été ouvert.