全世界的机务段数以千计，很难简单地界定世界上最大的机务段，因为“最大”的定义可以有多种维度，如占地面积、机车数量、运营规模等。

从占地面积来看，一些大型铁路枢纽的机务段可能具有较大的面积。例如，中国西安铁路局的新丰镇机务段，位于陇海线亚欧大陆桥上我国西北地区最大的铁路编组站新丰镇（三级七场）编组站内东侧，日最大整备机车能力1235台，拥有多个整备场和机务折返所。

从机车数量角度，新丰镇机务段配有机车617台，其中电力机车509台，内燃机车108台，机车配属地包括新丰地区和宝鸡地区，运营范围涵盖陇海、宁西、侯西、包西、西平、宝成、宝中、宝天等多条线路，担当共计3139公里的13个乘务交路以及陇海线西安地区、宝鸡地区和宝天线小运转牵引任务，其规模在世界范围内的机务段中也较为突出。

在运营规模方面，中国铁路广州局集团有限公司广州机务段在暑运期间每天要担当1000余对图定机车牵引任务，还要负责机车小辅修、中修和抢修等任务，繁忙程度可见一斑。

此外，有说法称山西大同的湖东机务段是全亚洲最大的铁路机务段，它肩负着大秦铁路晋煤外运的任务，近万人的干部职工保障着每3分钟就有一列两万吨重载列车驶出，为26个省份人民的生产生活提供电煤运输保障。

在国外，西班牙巴利亚多利德市建立了欧洲最大的货车机务段，该市正围绕该机务段附近计划建造一个多式联运货运站，并开发一个以物流和农产品生产为主的工业园。

不同的机务段在不同的方面各有优势，很难绝对地评判哪一个是世界上最大的机务段。