Nella seconda metà dell'Ottocento le stazioni costituirono il simbolo più evidente del proficuo rapporto fra scienza, tecnologia e arte. Nonostante presentassero un aspetto architettonico particolarmente curato, che talvolta richiamava nell'insieme la struttura delle basiliche, spesso crearono un notevole problema urbanistico sia per la loro novità sia per la loro ubicazione nel tessuto urbano. Firenze fu teatro della realizzazione di due pregevoli esempi: la Stazione Maria Antonia e la Stazione Leopolda.

Il 3 febbraio 1848 fu inaugurata la stazione Maria Antonia, situata all'interno delle mura, alle spalle della chiesa di Santa Maria Novella, rappresentando dunque una "nuova porta" della città. Era costituita da vari corpi separati, dei quali quello centrale, con struttura a capanna, presentava sulla facciata quattro grandi archi a tutto sesto, che consentivano la veduta dall'interno all'esterno e viceversa, quasi per indicare lo stretto rapporto fra la stazione e la città. Dotata di quattro binari, era il punto di partenza della Strada Ferrata Firenze-Prato-Pistoia. Dopo l'Unità d'Italia la Stazione Maria Antonia fu chiamata Santa Maria Novella. Negli anni Trenta del Novecento, il vecchio edificio fu abbattuto per far posto all'attuale stazione, realizzata su progetto di Giovanni Michelucci e del Gruppo Toscano.

Inaugurata il 2 giugno 1848, la Stazione Leopolda, così chiamata in onore dell'allora Granduca di Toscana, Leopoldo II di Lorena, era situata fuori dalle mura cittadine, nei pressi di Porta al Prato, vicino al "quartiere industriale" del Pignone, dove agli inizi degli anni Quaranta era stata costruita un'importante Fonderia di ferro. La Stazione Leopolda presentava due grandi archi sulla facciata, un lungo corpo centrale, due ali laterali e un ampio "portico d'accesso"; magazzini ed officine meccaniche completavano la struttura. Dotata di quattro binari, era il punto di partenza della strada ferrata che univa la capitale con Livorno, dove si trovava il più importante porto commerciale del Granducato. Nel 1861 la Stazione Leopolda fu ristrutturata e nei suoi ampi locali fu allestita la prima Esposizione Nazionale di Arti e Manifatture: l'edificio continuava dunque a rappresentare, nonostante la diversa destinazione d'uso, il connubio fra scienza, tecnologia ed arte.

Il Museo di Oggettistica Ferroviaria, situato in alcuni locali della ex Stazione, nacque nel 1994 per raccogliere il materiale d'interesse storico dismesso dall'azienda. Si compone di uno spazio esterno, dove sono esposti grandi apparati e strutture, e di uno interno, sviluppato in due sale grandi e otto minori, nelle quali sono ricreate ambientazioni originali ed esposti reperti e strumenti. Le raccolte sono state ampliate nel corso del tempo con l'inclusione di oggettistica ferroviaria di diversa provenienza. Oggi il Museo intende offrire ai visitatori una panoramica degli sviluppi che la ferrovia ha avuto nel tempo, soprattutto attraverso le sue fonti materiali. La raccolta comprende oggetti relativi ai vari comparti di attività delle ferrovie. I reperti riguardano strumenti per il movimento e la trazione, gli impianti elettrici, i lavori di manutenzione, ma anche il costume, le normative e gli apparati segnaletici e iconografici. L'esposizione è in via di rapida trasformazione; si prevede, infatti, di arrivare nei prossimi anni a definire compiutamente un percorso a carattere storico.