Учебный процесс на детской железной дороге состоит из двух частей: теоретического и практического обучения.
Теоретическое обучение осуществляется в учебном центре детской железной дороги, расположенном по адресу ул. Фрунзе, 9 в г.Минске. Торжественное открытие центра состоялось 29 мая 2009 года. Учебный центр стал для юных железнодорожников настоящим подарком от железнодорожников столичного отделения дороги в преддверии Международного дня защиты детей.
В учебном центре имеется 4 учебные аудитории, профилированные по основным железнодорожным специализациям: «Вагонное хозяйство», «Локомотивное хозяйство», «Путевое хозяйство», «Организация перевозок и безопасность движения поездов». С информационными технологиями и их применением в производстве юных железнодорожников знакомят в аудитории «Информационные технологии», оборудованной 10 компьютеризированными рабочими местами и интернет - ресурсами.
В классе «Организация перевозок и безопасность движения поездов» юные железнодорожники осваивают практические навыки управления движением поездов на специальном тренажере «Неман», разработанном для них на основе систем диспетчерской централизации и микропроцессорной блокировки проектной группой Конструкторско-технического центра Белорусской железной дороги.
В учебном центре детской железной дороги расположен зал истории Минского отделения Белорусской железной дороги.
Процесс подготовки юного железнодорожника длится 3 года. За это время юные железнодорожники изучают основные железнодорожные профессии в соответствии со специально разработанными для них программами, сдают предусмотренные учебными планами теоретические испытания (зачёты и экзамены).
В период с мая по сентябрь на ст. Заслоново, расположенной по адресу пр. Независимости, 86 юные железнодорожники проходят производственную практику. Теоретические знания, полученные ими в учебном году, они применяют на практике, работая машинистами, дежурными по станции, операторами, начальниками станции, диспетчерами, проводниками и начальниками поезда, ревизорами.
Таким образом, учащийся кружка «Юный железнодорожник» становится реальным участником производственного цикла железной дороги.
Большое внимание уделяется культурному, познавательному, эстетическому и спортивному развитию учащихся кружка. Организовываются регулярные экскурсии на различные железнодорожные объекты, туристические экскурсионные поездки, слёты, походы, концерты с участием самих юных железнодорожников.