清光绪二十年（1894年），胡聘之上奏清政府，建议成立山西招商局、山西机器局。招商局获准，山西机器局开始筹办。

光绪二十四年（1898年）3月27日，在太原城北门外柏树园，购买普济观旁庙地308亩和庙宇房屋，成立了山西机器局。

光绪二十五年（1899年）10月，山西机器局建成投产，主要进行枪械修理，同时制作洋鼓、洋号、大刀、长矛等器具。

1914年（民国三年），阎锡山将山西机器局改组为山西陆军修械所，隶属山西督军署军械局，主要进行步枪和机关枪的修理， 1918年（民国7年），阎锡山为扩充和巩固势力，积累资金，在修械所内增加铜元生产业务。1925年4月取消铜元厂，停铸铜元。

1920年（民国九年），北洋政府为巩固自己的统治，限制各省军阀势力，以中央政府的名义通令各地裁军，阎锡山将山西陆军修械所改名为山西军人工艺实习厂。同年，下属砲厂开始筹建，1923年（民国十二年）7月1日正式组建，主要生产迫击炮和一三式山炮。砲厂的成立为日后形成独立的太原机车车辆厂奠定了基础。

1927年（民国十六年）1月，阎锡山为适应军事力量的不断膨胀，将山西军人工艺实习厂改名为太原兵工厂，至此，工厂步入军火工业的鼎盛时期。

1930年（民国十九年）冬，阎锡山与蒋介石作战失败，逃往大连。1931年初夏，太原兵工厂大量遣散工人职员，并改组为太原修械所，剩下的工人主要完成以前未完的军火武器、修理枪炮和拆洗机器，同时，零星试制社会用品，如丝扣量规、理发刀、理发推子、绘图仪器等。

1931年“9.18”日军侵华事变爆发，1932年（民国二十一年）1月，阎锡山以“造产救国”为口号，开始筹建西北实业公司。同年8月，将太原修械所改组为壬申制造厂，重新开始生产枪砲弹药。

1933年（民国二十二年）8月1日，西北实业公司正式成立，炮厂与水压机厂合并为六个分厂中之第一分厂。

1934年（民国二十三年）9月, 壬申制造厂归属西北实业公司后，所属各厂统归西北实业公司机器局领导。壬申制造厂第一分厂因厂房、设备精良，承担了同蒲铁路施工所需中的铁路桥梁机具和机、客、货车的制造与修理，遂更名为西北机车厂。

1936年（民国二十五年）10月，原兵工系统改为西北各厂的10个分厂组合为西北制造厂，并分为18个分厂，西北机车厂为第一分厂。

1937年（民国二十六年）11月9日，日军板垣部队侵占太原市，随即劫收了西北实业公司各厂。日军鉴于交通运输在战争中的地位，积极恢复西北机车厂的修理能力。1939年（民国二十八年）2月15日，侵华日军成立华北事务局太原铁道工厂（军事管理第14工厂），包括原西北机车厂、西北熔化厂、西北水压机厂。4月17日，华北交通株式会社成立，太原铁道工厂归属其管辖，并更名为太原铁路工厂。经过日军改组，太原铁路工厂成为纯粹的机车车辆修理工厂。

1945年（民国三十四年）8月15日，日军投降。9月1日，西北实业公司接收了山西产业株式会社所统属的各工厂，各厂厂名都恢复了抗战前的名称。为适应战争需要，西北机车厂自行制造设备，增扩军火生产能力，并将主要设备和技术力量集中在制造大砲上。1947年，随着反革命战争的失利，西北机车厂生产军火的比重逐渐增加。同年，仿制成功第一台“复兴号”蒸汽机车。1948年，解放战争更加激烈，西北机车厂全力转向军火制造，并以生产大砲为主。

1949年4月23日，太原解放，解放军军代表接管工厂。7月1日，遵照上级指示，将制造军火的全部人员及设备移交西北修造厂（今山西机床厂）；制造电极部分并入西北炼钢厂（今太原钢铁公司）；发电部分拨给太原发电厂（今太原电业局）。至此，工厂成为修理机车、车辆和生产铁路用配件的专业工厂，并将厂名改为太原铁路工厂。8月，太原市军事管制解除，接管组相应撤出。铁道部指示，工厂由太原铁路管理局领导。

1951年9月12日，太原铁路管理局与天津铁路管理局合并，工厂改由天津铁路管理局厂务处直接领导。1952年9月4日，铁道部正式成立机车车辆制造局及机车车辆修理局。12月1日，工厂归属机车车辆修理局领导。1953年1月8日，根据铁道部铁劳组（53）字第6号部令，工厂改名为铁道部太原机车车辆修理工厂。

在1953年开始的国家第一个五年计划时期，全国开始了大规模的经济建设，铁道部根据发展国民经济的需要，对所属各厂按产品实行专业分工，渐次取消了工厂窄轨机、货车和客车的修理，保留了准轨机、货车的修理。

1958年，全面贯彻党的八大二次会议精神，为实现“工农业生产大跃进”，工厂在机、货车修理的基础上开始新造，于9月9日制造出我国第一台工建型先锋号机车。同年，铁道部机车车辆修理局与机车车辆工业管理局合并为机车车辆工厂管理总局， 10月1日，工厂更名为铁道部太原机车车辆工厂。1959年10月24日，工厂提前68天完成全年国家计划。在全国“群英大会”上，工厂荣获周恩来总理亲自授予的“先进集体红旗”。

1962年，遵照铁道部 “先修后造，以修为主，质量第一”的指示，工厂停止机、货车的制造，并大幅度削减钢产量，重新转入修理机、货车和制造路用配件的生产方向。

从1958年到1962年国家第二个五年计划期间，国家投资1298.9万余元对工厂进行改建，竣工面积48600平方米，货车生产能力有了很大的提高。

从1963年到1967年国家第三个五年计划期间，以提高机、货车修造能力为目的，国家投资1623.2万元对工厂进行全面总体改扩建，其中货车系统于1965年改建完工并交付使用，货车系统各车间先后搬进新厂房生产。1966年12月，机车系统改建完工并交付使用。

从1968年到1980年的十三年间，国家投资1505.06万元，对工厂进行了系统配套建设，完成了制备、后方系统的一些关键性生产项目和必要急需的生活福利设施。以基建投资为主，辅之以更新改造资金，较完整地改造和新建了铸钢、铸铁、锻工厂房及冲压车间，弥补了改、扩建时期的不足，使工厂机车、货车、制备、后方系统的生产日趋平衡，基本上适应和满足了前方车间机、货车主产品生产的需要。

在此期间的1970年8月25日，铁道部与交通部合并，工厂相应更名为交通部太原机车车辆工厂，隶属交通部铁路工业局。同年，工厂开始试修建设型机车，并试制成功K13型石碴漏斗车。到年底，工厂生产能力超过设计能力，达到年修机车268台、货车2400辆的水平。1971年工厂开始批量生产K13型石碴漏斗车。1972年，工厂实现利润491万元。1973年，工厂开始试修前进型机车，并试制成功K17粮食漏斗车。1975年2月8日，根据铁道部通知，工厂恢复铁道部太原机车车辆工厂名称，归属铁道部机车车辆管理总局。

1977年5月23日，工厂召开全厂职工大会，由出席全国工业学大庆会议代表、党委书记霍庆昌传达全国工业学大庆会议精神，随后工厂广泛开展了工业学大庆的群众运动。在生产上，先后组织职工进行了三次大会战，全面完成国家生产计划，完成工业总产值2797万元，货车修理产量达到历史最高水平。当年，工厂荣获山西省革命委员会授予的“学大庆先进企业”称号。1978年，工厂继续保持良好的生产势头，工业总产值再创新高，达3237万元。

1982年初，因太原为中心的铁路分局电器化改造工程的施工，影响工厂检修蒸汽机车的正常进行和长远发展方向。工厂于3月24日以太厂（82）总字第88号文向铁道部提出《关于我厂技术改造发展规划的报告》。8月7日，铁道部下达《关于编报太原机车车辆厂蒸汽机车修理系统转产修理电力机车设计意见的通知书》。随之，工厂协同建厂局开始着手研究和编制检修电力机车工艺方案和设计意见书。1984年7月31日，铁道部下达《转发国家计委<关于太原机车车辆厂转产修理电力机车的改建计划任务书的批复>的通知》，批准工厂在保留货车修理能力的基础上，改建转产修理电力机车，生产纲领为年修韶山Ⅰ型电力机车150台。1985年6月20日，铁道部以（85）铁工字645号文做了《关于太原机车车辆工厂机车系统转产改建工程初步设计的批复》。

1987年7月20日，工厂送走最后一台蒸汽机车，结束了检修蒸汽机车的历史，全面进入电力机车转产改建。同年8月1日，组建电力机车系统所属7个车间：解体、车体、转向架、电机、电器、变压器车间，撤销原蒸汽机车系统7个车间。

1988年7月15日，经铁道部综合检查验收组确认，工厂已基本具备了检修电力机车的能力。7月20日工厂第一台电力机车试修开工，揭开了太原机车车辆厂检修电力机车的历史。

转产改建工程从1986年5月20日奠基开工，到1993年建成消号，共完成投资12332万元，工厂成为国内第一家修理电力机车的专业厂家。

从1992年到1994年，工厂通过集中时间对货车系统的生产组织、工艺流程进行调整和改造，使货车生产厂修、制造各成体系，初步形成厂修货车1200辆、新造货车C62A型、K13型600辆的生产能力。工厂机、货车修造齐头并进的生产格局形成。工厂在扩大生产能力的同时，积极为发挥产能，1992年，与铁三院、太铁分局供电段共同开发研制电气化铁道接触网工程作业车，新产品开发实现由配件开发转向整机开发。1993年，由技术处牵头完成了对机车系统生产罐车底架的生产技术准备工作。1994年，工厂利用富余能力生产电力机车大配件及进行新产品开发。圆满完成了首台SS3B型电力机车试制任务，并开发了第二代作业车。

1994年3月改名为中国铁路机车车辆工业总公司太原机车车辆厂。2000年9月29日改名为中国北车集团公司太原机车车辆厂。

2007年7月9日，北车集团公司在太原市投资注册成立了太原轨道交通装备有限责任公司。

2008年7月17日，中国北车股份有限公司揭牌，工厂主业划入其属下，工厂正式更名为太原轨道交通装备有限责任公司（简称太原装备公司）。同年8月22日，以公司医院完成改制为标志，公司主辅分离、辅业改制工作全面结束。年内，紧紧抓住政府应对全球金融危机，实施“保增长、扩内需、调结构、促发展”的机遇期，以扩大生产规模，实现可持续发展为根本宗旨，公司积极与太原市政府就合作建设太原铁路装备工业园重大工程项目进行了一系列磋商。从战略合作目标、工业园定位、配套措施，优惠政策等方面做了深入研究。

11月17日，太原市委副书记、市长张兵生率市发改委、市经委、市规划局、市国土资源局、市财政局等主要部门负责人及太原重型机械制造集团公司、晋西机械制造集团公司、太原智奇铁路设备有限公司等企业领导到公司进行考察。明确提出了太原市政府征用太装公司这片土地的要求，同时，提出太装公司“退市入园”构想。

2009年10月27日，太原市政府与中国北车集团正式签订了《太原市与太原轨道交通装备公司退城搬迁入园建厂协议书》。

2010年11月29–30日，北车集团公司领导与太原市国土资源局局长签订了太装公司旧厂区《国有土地使用权收（回）购合同》。

2011年1月14日，首台和谐机车进车，检修工作随之展开。

从2011年3月份开始，公司在新厂区排洪沟西区和东区动用大型施工机械开展厂区内土方平衡工作。10月12日第一批次开工的新厂行政办公楼及煤机联合厂房、电机联合厂房完成招标，10月13日中铁三局、中铁六局、中铁建十二局进场开工，公司项目建设指挥部也已入驻园区。

2012年4月6日，公司对新厂区A、B、C三个标段16个房屋建筑物的桩基工程进行了招投标。10月30日，完成第二批次开工的A、B、C三标段基建工程招投标工作。至2012年末，新厂建设用地1686亩，已完成挂牌出让1277亩，果树场国有土地200亩和100亩农转建土地将完成挂牌出让。专用铁路109亩用地在获得铁道部行政许可后将办理征地手续。

2013年4月21日，山西省太原市政府组织行政执法、城管执法拆除临街的太原装备公司北部部分围墙，拉开了北中环街建设，太原装备公司片区拆迁的序幕。

2014年8月22日上午，太原装备公司在新厂区东大门隆重举行欢庆新厂区铁路专用线通车暨首批货车车辆出厂仪式，公司铁路专用线正式与国家铁路网接通。

2015年11月12日更名为中车太原机车车辆有限公司，11月底，太原市委主要领导携市国土局、规划局、住建委等相关城建主管单位人员进京，就太原公司旧厂区土地出让问题与中车集团洽谈。12月10日，中车置业公司开始在太原公司旧厂区悬挂标语，宣布正式启动太原公司旧厂区厂房拆除及房地产开发工作。12月30日，中车置业公司以17.11亿元的价格，拍得太原公司旧厂区约104.77公顷土地。

百余年来的发展，公司逐步由兵工生产转为修造铁路机车车辆及路用配件。尤其是中华人民共和国成立后，国家先后数次投入资金对公司进行改扩建，使公司成为国内第一家修理电力机车的专业厂家。在此基础上，公司积极筹措资金进行敞车、漏斗车、罐车三条生产线建设，同时致力于提高路用工程作业车新造能力。形成机车、货车修造及工程作业车制造齐头并进的生产格局。