L'edificació més característica del Museu té forma de quart de corona circular i aquí s’anomena Rotonda. Aquesta singular construcció dels dipòsits de vapor, també anomenada “cocherón” i, en alguns països llatinoamericans, “casa rodona”, era el cor del seu sistema operatiu. L’històric dipòsit de Vilanova acull dotze vies amb fossat on els operaris del ferrocarril desenvolupaven les diferents tasques de manteniment de les locomotores de vapor. En elles avui s’exposen els vehicles més valuosos i delicats de conservació de la col·lecció del Museu.
La companyia ferroviària MZA que tenia a Catalunya la seva xarxa de explotació independent (MZA-Red Catalana) va construir l’edificació seguint l’estil modernista industrial de començaments del segle XX. Sobre la coberta disposava originalment xemeneies amb sortides arrodonides per al fum i vapor de les màquines, unes estructures que van desaparèixer abans de la conversió en Museu. Des de la seva construcció el 1919 en aquest edifici s’han documentat tres importants actuacions de rehabilitació i hi ha pendent un projecte de intervenció arquitectònica integral.
Les funcions que realitzaven els ferroviaris en el seu interior eren les de greixatge i preparació de les locomotores per al servei, el proveïment de materials com carbó, greix, sorra o aigua, les operacions de neteja i conservació dels diferents elements, la reparació d'avaries i també l'organització del personal de conducció per assegurar els diferents serveis.
Als dipòsits estaven adscrits empleats de diferents categories, tot i que els més nombrosos eren els de tracció, maquinistes i fogoners. Fins a 900 empleats van arribar a treballar en el conjunt d'instal·lacions vilanovines, en una atmosfera plena de fum, sutge i greix que avui es pot rememorar visitant les antigues instal·lacions productives.