南口厂始建于1906年。

1906年8月（光绪三十二年七月），以詹天佑为首的工程技术人员为适应维护京张铁路的需要，在南口城西南设立京张制造厂，隶属邮传部京张铁路总局。

1910年到1948，京张制造厂先后更名为南口机车厂、南口机厂，相继隶属京张铁路总局、京绥铁路管理局机务处、平绥铁路管理局机务处、满铁北支事务局北京铁道事务所、张家口铁路局、平津区铁路管理局管辖。

1949年2月，中国人民解放军军事管制委员会平津铁路管理局接收南口机厂。

1950年到1986年，南口机厂又先后更名为南口铁路工厂、南口机车车辆修理工厂、南口筑路机械修理工厂、南口配件制造工厂、南口机车车辆机械工厂、交通部南口机车车辆机械工厂、铁道部南口机车车辆机械工厂，相继隶属天津铁路管理局、铁道部机车车辆修理局、铁道部新建铁路工程总局机械筑路工程公司、铁道部机车车辆工厂管理总局、交通部、铁道部工业总局、中国铁路机车车辆工业总公司管辖。

1990年，公司晋升为国家二级企业，1993年被划定为国家大一型企业，并步入“中国500家最大交通运输制造企业”。

1994年3月，公司更名北京南口机车车辆机械厂。

1996年，公司与瑞典SKF公司成立合资公司即“北京南口斯凯孚铁路轴承有限公司”。

2000年9月，中国铁路机车车辆工业总公司与铁道部脱钩，北京南口机车车辆机械厂隶属中国北方机车车辆工业集团公司。

2002年12月29日，公司正式启用“中国北车集团北京南口机车车辆机械厂”企业名称。

2006年，公司与德国克诺尔公司签订合资合同，成立合资公司既“克诺尔·南口供风设备（北京）有限公司”。

2007年8月1日，“北京南口轨道交通机械有限责任公司”名称正式启用。

2009年，公司完成北车（北京）轨道装备有限公司工商登记注册，领取企业法人营业执照。

2015年，中国南北车股份有限公司合并为中国中车股份有限公司。12月23日，公司更名为“中车北京南口机械有限公司”，隶属中国中车股份有限公司。

2018年9月26日，公司成立全资子公司北京中车南口科创园区管理有限责任公司。12月6日，控股成立合资企业中车福伊特传动技术（北京）有限公司。12月11日，与中车科技园公司签订股权转让协议，转让北京中车南口科创园区管理有限责任公司70%股权。12月13日，参股成立合资企业上海中车福伊特传动技术有限公司。