La edificación más característica del Museo tiene forma de cuarto de corona circular y aquí se llama Rotonda. Esta singular construcción de los depósitos de vapor, también llamada "cocherón" y, en algunos países latinoamericanos, "casa redonda", era el corazón de su sistema operativo. El histórico depósito de Vilanova acoge doce vías con foso donde los operarios del ferrocarril desarrollaban las diferentes tareas de mantenimiento de las locomotoras de vapor. En ellas hoy se exponen los vehículos más valiosos y delicados de conservación de la colección del Museo.
La compañía ferroviaria MZA que tenía en Cataluña su red de explotación independiente (MZA-Red Catalana) construyó la edificación siguiendo el estilo modernista industrial de comienzos del siglo XX. Sobre la cubierta disponía originalmente de chimeneas con salidas redondeadas para el humo y el vapor de las máquinas, unas estructuras que desaparecieron antes de la transformación en Museo. Desde su construcción en 1919, en este edificio se han documentado tres importantes actuaciones de rehabilitación y queda pendiente la ejecución de un proyecto de intervención arquitectónica integral.
Las funciones que realizaban los ferroviarios en su interior eran las de engrase y preparación de las locomotoras para el servicio, el abastecimiento de materiales como carbón, grasa, arena o agua, las operaciones de limpieza y conservación de los distintos elementos, la reparación de averías y también la organización del personal de conducción para asegurar los diferentes servicios.
En los depósitos estaban adscritos empleados de diferentes categorías, aunque los más numerosos eran los de tracción: maquinistas y fogoneros. Hasta 900 empleados llegaron a trabajar en el conjunto de instalaciones vilanovinas, en una atmósfera llena de humo, hollín y grasa que hoy se puede rememorar al visitar las antiguas instalaciones productivas.