Müze binası Samsun’un Kılıçdede Mahallesi'ne bağlı, Atatürk Bulvarı’nda yer almaktadır. Kuzeybatı-güneydoğu yönünde uzanan dikdörtgen planlı bir yapıdır. Devlet Demir Yolları tarafından lokomotif deposu, bakım, onarım ve idare binası olarak kullanılan bu yapı, Samsun Kültür Varlıklarını Koruma Bölge Kurulu’nun 07.07.2005 tarih ve 306 sayılı kararı ile endüstriyel yapı olarak tescil edildi. Dış duvarlar yığma, iç kısımda üstyapı çelik konstrüksiyon üzeri beşik çatı ve oluklu levha kaplamadır.

Dış cephe iki bölümlü olarak uygulanmıştır. Doğu taraftaki bölümün saçak kotu daha yüksek, batıdaki ise alçaktır. İki uzun cephede de basık kemerli bir sıra pencere bulunmaktadır. Pencereler arasında eşit aralıklarla uygulanmış taşıyıcı görünümlü mimari elemanlar mevcuttur. Saçak hizasında yatay kat silmesi vardır. Lokomotif deposu binasının içinde tuğladan eklenti bölmeler ve odalar oluşturulmuş olup, orijinal bölmelerin tavanları ahşaptır. Binanın dar iki cephesine sonradan eklenti binalar yapılan, kuzey yöndeki uzun duvarın cephesine ise bitişik olarak ve aynı formda, aynı seviyede yeni bir depo binası eklendi.

Samsun Valiliği, Yatırım İzleme ve Koordinasyon Başkanlığı ve Samsun Büyükşehir Belediye Başkanlığı tarafından, 90 yıllık geçmişi olan vagon bakım atölyesinin restorasyonu 2019 yılında Orta Karadeniz Kalkınma Ajansının da desteği ile tamamlandı. Tıbbi el aletleri üretiminde dünyadaki üç kümelenme merkezinden biri Samsun’dadır. Samsun Cerrahi El Aletleri ve Sağlık Müzesi restorasyonu Samsun’da cerrahi el aletlerinin üretiminin atölyeden sanayiye dönüşümünü, toplumda yerli ve milli üretim bilincinin oluşmasını desteklemek amacı ile planlandı. Samsun Valiliği, Samsun Büyükşehir Belediye Başkanlığı, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Samsun Medikal Sanayi Kümelenme Derneği ve Samsun İl Kültür ve Turizm Müdürlüğünün işbirliği ile Samsun İl Sağlık Müdürlüğü'nün yürütücülüğünde Orta Karadeniz Kalkınma Ajansı'na sunulan Samsun Cerrahi El Aletleri ve Sağlık Müzesi Tefriş ve Tanzim Projesi mali destek almaya hak kazandı.

Cerrahi El Aletleri ve Sağlık Müzesi, iki katlı tarihi binanın yaklaşık 1.300 metrekarelik alanında sergi, tıp tarihi, cerrahi el aletleri sergi ve similasyon alanları ile sinevizyon ve interaktif alanlar, teknik alan, danışma, konferans salonu, fuaye, ofisler, toplantı odası ve depolama gibi alanlar bulunmaktadır. Bunlara ilave olarak, müzede ışıklandırma, arka fon, görseller, multivizyon gösterileri, gibi tekniklerle üç boyutlu sunumlar, düzenlenebilir fonu değişebilir aktivite ve etkinlik alanları yer almaktadır. Müzenin giriş holünde danışma, kafe ve hediyelik eşya tezgahı bulunmaktadır. Giriş holünde bay, bayan ve engelli tuvaletleri vardır.

Sergi koridoru, girişe direk bağlanan sergi holüdür. Bu koridorun eski işlevi lokomotif ve vagonların tamirhanesidir. Dolayısıyla binanın varoluş sebebidir. Burada rayların üzeri camla kapatıldı. Bu koridorda müze programını özünde toplayan bir strüktür kurgulandı. Bu strüktür üzerinden cerrahi aletlerin tıp tarihindeki serüveni zaman çizelgesi içinde anlatılmaya çalışılmaktadır. Bu zaman çizelgesi strüktürü bir başka alanı da yani tıp teknolojisini de kapsamaktadır. Tıp tarihi holü genel tıp tarihini imitasyonlar ve canlandırmalarla anlatmaktadır. Bu hol dokuz ayrı bölümden oluşmaktadır. Bu bölümler; Tıbbın Doğuşu, Prehistorik Dönem, İlkel Toplumlarda Tıp, İlk Büyük Medeniyetlerde Tıp (Mezopotamya, Mısır, Hitit), Çin ve Hint Tıbbı, Yunan Medeniyetinde Tıp, Roma İmparatorluğu ve Ortaçağ Tıbbı ile İslam ve Türk Medeniyetlerinde Tıp olarak planlanmaktadır.

Müzede toplumsal, teknolojik ve tematik sağlık etkinliklerinin yapılması planlanmaktadır. Ayrıca müzenin konferans salonu; ulusal ve uluslararası etkinliklere ev sahipliği yapacak kapasitededir.