1898年，山西巡抚胡聘之成立太原机器局，主要修理枪械。此后历经山西陆军修械所、军人工艺实习厂、太原兵工厂等阶段，成为全国三大兵工厂之一。

1934年更名为西北机车厂，开始承担铁路桥梁机具和机、客、货车的制造与修理。1949年太原解放后，工厂成为修理机车、车辆和生产铁路用配件的专业工厂，更名为太原铁路工厂。

1984年，铁道部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。1994年，成功实现由修理蒸汽机车向电力机车的转产。2007年，整合主营业务及资产后，成立中车太原机车车辆有限公司。建设有国内领先、技术一流的工艺生产线，具备年检修和谐系列电力机车400台、韶山系列电力机车350台的生产能力，是我国铁路电力机车检修龙头企业。

具备新造货车7000辆、检修货车8000辆的生产能力，货车产品实现了铁路货车车型的全覆盖，在国内漏斗车领域保持技术领先地位。

2023年，研制的6辆国内载重量最大的XDPC-70型携吊平车交付国能新朔铁路公司大准分公司。

工厂地处山西省太原市，铁路、公路、航空四通八达，是中国长江以北唯一的陆运口岸，集装箱中转中心。企业积极融入国家发展战略，为我国铁路建设事业做出了巨大贡献，同时在环保、就业等方面也发挥了重要作用。