Der Verein Historische Straßenbahn Köln und das Straßenbahn-Museum Thielenbruch sind von Anbeginn eng miteinander verbunden.
Bereits vor Gründung des Straßenbahn-Museums im Jahr 1997 beschäftigte sich der HSK intensiv mit den historischen Schienenfahrzeugen und mit der Geschichte der Kölner Straßenbahnen. Mehr noch – seine Entstehung ist Folge des besonderen Engagements einer Gruppe von Mitarbeitern der Hauptwerkstatt der Kölner-Verkehrs-Betriebe AG (KVB) für den Erhalt der historischen Bahnen des Unternehmens. Im November 1991 gründeten sie den Verein Historische Straßenbahn Köln, dem sich bald weitere Straßenbahninteressierte aus unterschiedlichsten Berufsfeldern anschlossen. Damit trat neben dem Fahrzeugerhalt die Beschäftigung mit der Geschichte des Kölner Straßenbahnwesens zunehmend in das Zentrum der Vereinsarbeit.
Von Beginn an wurde der Verein in seinen Anliegen und seiner Arbeit durch die Kölner Verkehrs-Betriebe unterstützt, die bereits zu dieser Zeit die Gründung eines Straßenbahn-Museums in Köln planten.
Mitte der 1990er Jahre konkretisierten sich die Museumspläne der KVB - und der HSK stand als geeigneter Partner für das künftige Straßenbahn-Museum Thielenbruch zur Verfügung.
KVB und HSK einigten sich auf einen Modus für den Museumsbetrieb: Die Kölner Verkehrs-Betriebe sind Eigentümer des Straßenbahn-Museums, während der HSK in Kooperation mit der KVB den Aufbau und die Betreuung des Museums leistet. Ein tragfähiges Modell, das sich seit der Museumseröffnung im September 1997 bewährt.
Damit erweiterte sich das Arbeitsgebiet des HSK: Die Arbeit im Straßenbahn-Museum Thielenbruch wurde nun neben dem Fahrzeugerhalt und der Beschäftigung mit der Geschichte der Kölner Straßenbahnen ein weiteres Tätigkeitsfeld. Bereits im Vorfeld der Museumsöffnung war der HSK aktiv: Die in Thielenbruch präsentierte Ausstellung rund um die historischen Fahrzeuge wurde von seinen Mitgliedern ab 1996 maßgeblich konzipiert und umgesetzt. Seit der Eröffnung des Straßenbahn-Museums im Jahr 1997 wird es durch die Mitglieder des Vereins ehrenamtlich betreut und die dort gezeigte Ausstellung wird seitdem laufend ausgebaut: Seit langer Zeit steht das Museum im Zentrum der Vereinsarbeit des HSK.