Począwszy od pierwszych lat swojego istnienia, PSMK położyło duży nacisk na zorganizowanie własnej kolekcji muzealiów. Stale kompletowana, jest w chwili obecnej trzecim co do wielkości, po zbiorze Polskich Kolei Państwowych (umieszczonym w skansenach i na pomnikach) i zbiorze Muzeum Kolejnictwa, krajowym zbiorem kolejowych pamiątek .

Kolekcja PSMK rozdzielona została tematycznie tak, aby przekrojowo obejmowała najważniejsze kierunki rozwoju krajowego kolejnictwa.

Poszczególne działy kolekcji obejmują:

1. tabor kolei normalnotorowych (lokomotywy wszystkich rodzajów trakcji, wagony silnikowe, wagony pasażerskie i towarowe, tabor specjalny,
2. tabor kolei wąskotorowych (toru 600, 750, 1000 mm) – (parowozy, wagony),
3. urządzenia zabezpieczenia ruchu kolejowego (semafory, sygnalizatory, przyrządy sygnałowe, urządzenia nastawcze, urządzenia łączności – aparaty i łącznice telefoniczne i telegraficzne, zegary, przyrządy dzwonowe),
4. drobne wiaty, posterunki itp.,
5. urządzenia techniczne trakcyjne (żurawie wodne, urządzenia do obsługi lokomotyw),
6. urządzenia techniczne służby drogowej (narzędzia i przyrządy do budowy i utrzymania toru kolejowego, typy szyn i elementów nawierzchni),
7. urządzenia techniczne – warsztatowe (narzędzia i maszyny zaplecza technicznego kolei),
8. wyposażenie wnętrz (meble, przyrządy, wagi itp.),
9. archiwalia i zbiory biblioteczne (książki fachowe, rozkłady jazdy, instrukcje kolejowe, komplety dokumentacji technicznej taboru i obiektów).

Najbardziej znaczącą częścią zbiorów Stowarzyszenia jest liczny dział taborowy. Jest tak zapewne dlatego, że najmocniej oddziaływujące na wyobraźnię są ruchome elementy dawnej kolei – jej stary tabor – lokomotywy i wagony, pokazujące sposoby i warunki dawnego transportu.

Zbiór pojazdów kolejowych, będący własnością PSMK liczy obecnie 100 jednostek normalno– i wąskotorowych (łącznie). Niemal wszystkie obiekty, poza jednym parowozem i czterema wagonami wąskotorowymi oraz taborem oczekującym na transport, znajdują się na terenie Parowozowni w Skierniewicach.

Wśród nich znajduje się kilka jednostek posiadających, ogromną wartość historyczną. Są to bowiem pojazdy unikatowe – dzisiaj jedyne zachowane – w skali kraju (a czasem nawet i Europy) a jednocześnie reprezentatywne dla danego okresu historycznego jako serie występujące w epoce w pokaźnej ilości egzemplarzy.

Do pojazdów wielkiej wartości należy zaliczyć między innymi:

• odbudowany i sprawny technicznie akumulatorowy zespół trakcyjny systemu Wittfelda (z 1913 roku) – jedyny z serii 178 sztuk, zachowany tego typu pojazd w kraju i na kontynencie. Pojazd ten, „sztandarowy” w naszych zbiorach był już kilkakrotnie prezentowany pdczas różnego typu „oficjalnych” uroczystości: parada w Warszawie z okazji 150-lecia kolei w Polsce, obchody rocznicowe w Ełku; obchody 150-lecia kolei warszawsko-wiedeńskiej w Piotrkowie; otwarcie nowego dworca w Częstochowie,
• jedyny zachowany w kraju (a jeden z pięciu w Europie) wagon restauracyjny CIWL (Międzynarodowego Towarzystwa Wagonów Sypialnych i Wielkich Ekspresów Europejskich), pochodzący z 1910 roku, o oryginalnej konstrukcji z drewna teakowego. Jest to wagon identyczny z tym, w którym w 1918 roku w Compiegne podpisano rozejm na froncie zachodnim,
• jeden z dwu zachowanych w Polsce pruski wagon czteroosiowy do pociągów pospiesznych (z 1907 roku) o konstrukcji – nawet podwozia niemal całkiem drewnianej,
• jeden z dwu czteroosiowych wagonów przedziałowych nieprzechodnich (z bocznymi drzwiami tzw. „boczniaków”) z 1906 roku, tak charakterystycznych dla pociągów również pospiesznych Warszawa-Łódź, do końca lat sześćdziesiątych,
• ostatni istniejący w Polsce wagon pociągu rządowego II Rzeczypospolitej, zarazem jedyny w kraju dawny wagon pasażerski o sześciu osiach (1911 rok),
• pierwszy zbudowany w Polsce po wojnie wagon pociągu rządowego PRL (dla przewodniczącego ówczesnej Rady Państwa – gen. A. Zawadzkiego),
• ostatni zachowany wagon pasażerski z pierwszej na ziemiach polskich kolei elektrycznej (Wąbrzeźno-Wąbrzeźno Miasto) z 1898 roku,
• najstarszy w kraju spalinowy „autobus” szynowy z 1938 roku,
• jeden z dwu chronionych, znormalizowanych polskich wagonów lat międzywojennych,
• jedyną w kraju historyczną lokomotywę akumulatorową z 1928 roku.

Zbiory Stowarzyszenia dobierano w sposób tworzący zamknięte całości. W ten sposób ze zbiorów taboru wydzielić można umiejscowione w poszczególnych epokach kompletne składy pociągów.

W zbiorze taboru, Stowarzyszenie ogółem posiada 8 lokomotyw parowych z lat 1909-1962, w tym jedyny zachowany egzemplarz lokomotywy przemysłowej wykonanej w Polsce podczas okupacji (typ „Oberschlesien” z 1941 roku), 2 lokomotywy elektryczne – w tym przemysłową, akumulatorową z 1928 roku, 5 lokomotywek spalinowych (najstarsza z 1944 roku), 2 wagony motorowe.

Kolekcja obejmuje kilkanaście wagonów pasażerskich (bagażowe, osobowe klasy od I do IV, salonowe) z lat 1889-1953. Sporo miejsca zajmują w niej także wagony towarowe. Wśród nich wyróżnić można 11 węglarek z lat 1875-1948, przekrojowy zbiór typów wagonów krytych konstrukcji austriackiej i węgierskiej (lata 1893-1910), pruskiej (lata 1880-1916), francuskiej (1916), alzackiej (1910). Zgromadzono szereg wagonów o indywidualnym przeznaczeniu: wapniarkę z 1925 roku, chłodnię do piwa z 1912, (kompletnie odbudowaną) cysternę austriacką z 1905 roku, wagon do przewozu gazu świetlnego.

Tworząc zbiór taboru Stowarzyszenie nie zaniedbało możliwości pokazania jednostek zaplecza technicznego kolei. Do zbioru należą 2 dźwigi (1928 rok i 1938 rok) w tym jeden o udźwigu 10 ton – ręczny, szereg tendrów parowozowych (z lat 1872-1910), przystosowanych do transportu wody w pociągach kolejowych straży pożarnych, dźwig i wózki robocze (1900-1950), drezyny – ręczna i spalinowe oraz rower szynowy.

Na terenie dawnej lokomotywowni w Skierniewicach znajduje się także część zbioru taboru wąskotorowego. Parowóz typu „Las” (z 1949 roku) – pierwszy w Polsce czynny parowóz organizacji hobbystycznej – był w latach 1993-2001 udostępniony PKP przez Stowarzyszenie do prowadzenia organizowanych na zamówienia pociągów turystycznych – ostatnio na kolejce Nasielsk – Pułtusk. Również wypożyczony Kolei wąskotorowy parowozik typu „HF” (wojskowych kolei polowych z 1918 roku) do niedawna wzbogacał ekspozycję na kolejce wąskotorowej w Ełku. Jedyny pozostający poza Parowozownią parowozik typu „Ryś” otwiera zewnętrzną ekspozycję warszawskiego Muzeum Kolejnictwa.

Część wymienionych eksponatów kolekcji oczekuje nawet daleko idącej odbudowy. Jednakże do chwili obecnej Stowarzyszeniu udało się przeprowadzić trzy kompleksowe odbudowy (dwie dzięki sponsorom, jedną siłami członków PSMK) oraz mocno zaawansować remont kilku następnych pojazdów. Szereg eksponatów wymaga jedynie konserwacji powłok malarskich

Poważnym elementem kolekcji PSMK są, często dzisiaj zupełnie niespotykane narzędzia, przyrządy i maszyny technicznego zaplecza kolei. Eksponaty tego typu podzielono na kilka działów tematycznych: trakcyjny, drogowy i warsztatowy. W dziale warsztatowym znajdują się obecnie maszyny i urządzenia z lat 1889-1965, w większości obrabiarki i dźwignice z odkupionego od PKP zaplecza technicznego b. Lokomotywowni Skierniewice.

Eksponaty z innych działów niż taborowy i warsztatowy są obecnie zmagazynowane i jeszcze nie udostępniane. Udostępnienie nastąpi po przeprowadzeniu adaptacji pomieszczeń na wystawę. Można tylko wspomnieć, że w kolekcji znalazły się zatem typy semaforów kształtowych z lat 1929-1950, tarcz (ostrzegawcze, manewrowe, zaporowe, rozrządowe) kształtowych i elektrycznych – w tym jedyna zachowana z zelektryfikowanych w latach 1914-1939 linii dolnośląskich. Prócz zewnętrznych-przestrzennych elementów sygnalizacji kolejowej, zgromadzono 4 typy nastawnic i aparatów blokowych. W zbiorach znalazło się szereg rodzajów aparatów i łącznic telefonicznych, telegrafów i dalekopisów, zegarów itp.

Poszukując pamiątek PSMK nie zapomniało o zgromadzeniu licznej dokumentacji technicznej, warsztatowej, geograficznej oraz (będącego w trakcie opracowania) księgozbioru.

Zbiory będące własnością Stowarzyszenia uzupełniają liczne kolekcje prywatne członków PSMK.