Акционерное общество «Главные паровозные мастерские» станции Полтава Харьковско-Николаевской железной дороги, давшее начало Полтавскому паровозоремонтному, а позднее тепловозоремонтному заводу, было основано в 1871 г., о чем свидетельствуют документы, найденные в архивах. Эти мастерские были одним из старейших и крупнейших предприятий Полтавы, центра Полтавской губернии, ныне Полтавской области. В мастерских ремонтировали паровозы, эксплуатируемые Харьковско-Николаевской железной дороги, которая проходила через Полтаву.
Первая крупная забастовка железнодорожников состоялась в 1883 году. Известны также забастовки, датируемые 1884 и 1891 гг.
Революционные события 1917-1920 гг. не обошли стороной и рабочих-железнодорожников «Главных паровозных мастерских». В 1917 г. рабочие мастерских под руководством С. Козюры, Г. Покорного, Г. Луценко, А. Жарко захватили железнодорожный телеграф, телефонную станцию, обезоружили жандармов, организовали железнодорожную милицию.
В 1918 году здесь сформирован боевой технический отряд, который восстанавливал железнодорожные мосты и пути. В бою на ст. Акимовка под Мелитополем (ныне Приднепровской железной дороги, Запорожская обл.) почти все бойцы отряда погибли.
С 1927 г. предприятие называется «Полтавским паровозоремонтным заводом». Работа трудового коллектива по усовершенствованию ремонта паровозов дала позитивные результаты, и уже в 1931 году всесоюзная газета «Известия» призвала паровозоремонтников всей страны ремонтировать паровозы так же быстро и эффективно, как в Полтаве.
В годы Великой Отечественной войны (до 1944 г.) завод был эвакуирован в г. Красноярск (Россия). В 1949 году ППРЗ присвоено имя А. А. Жданова. В 1950 г. отремонтировано 225 паровозов сверх плана.
В декабре 1963 г. из заводских ворот вышел первый отремонтированный тепловоз. Именно тогда завод стал тепловозоремонтным. В 1971 году торжественно отмечено его 100-летие. Впервые в мировой практике здесь в 1975 г. создан уникальный комплекс для ремонта и реконструкции железнодорожных тоннелей без остановки движения поездов. Вместе с институтом электросварки им. Е. О. Патона отработана технология восстановления деталей, узлов и агрегатов методом наплавки.
На 1981 г. передовыми рабочими значатся: В. В. Турченко, И. И. Кондратьев, А. М. Новикова, П. М. Кучеренко, В. И. Маслов, П. М. Куценко и другие. В 1969 г. открыта памятная стелла. Есть музей трудовой слаы ПТРЗ.
К 100-летию завода тепловозоремонтники Изюмского ТРЗ (Харьковская обл.) подарили полтавчанам отлитый в 1924 году барельеф В. И. Ленина.
В 1981 году на территории завода установлена мемориальная доска в честь Т. В. Гаевого. Он пришел на завод после окончания института инженеров путей сообщения в Харькове, возглавлял цех, а в 1939 году стал директором завода. Почти 40 лет проработал Гаевой на ПТРЗ. Избирался депутатом Верховного Совета СССР трех созывов, был делегатом нескольких съездов КП(б)У, награжден двумя орденами Ленина, орденом Октябрьской революции, двумя орденами Трудового Красного Знамени, орденом «Знак Почета», медалями. В 1959 г. Т. В. Гаевому присвоено звание Героя Социалистического Труда.
Есть у завода и Герои Советского Союза: А. Ф. Васько, Ф. Д. Кива. Во время Великой Отечественной войны подвиги совершили В. Слипченко, И. В. Гарах (летчик), А. И. Мокляк (летчик), Г.М. Прокопенко (боец).
В октябре 1994 г. завод стал акционерным обществом открытого типа. В последнее время завод специализируется на ремонте пассажирских тепловозов ТЭП70, грузопассажирских М62 и 2М62, грузовывх 2ТЭ116, маневровых ТЭМ7 и ТГМ6. Большим спросом у железнодорожников Украины, России, стран Балтии пользуются запасные части (всего около 150 наименований), выпуск которых является одним из приоритетных направлений развития предприятия. Налажен ремонт вагонозамедлителей сортировочных горок КВ-2, КВ-3. Для сельских заказчиков завод предлагает ротационные косилки, дисковые бороны и другой хозяйственный инвентарь.
ОАО «ТРЗ» активно сотрудничает с греческой фирмой «Братья Цитурас»: основано совместное предприятие «Эллада», которое выпускает колокола разного размера и тональности.
B 2001 году завод торжественно отметил свое 130-летие. Общая численность работников завода составляла тогда 2047 человек. В связи со 130-летием завод был награжден почетной грамотой полтавского городского головы.
Особое внимание на заводе уделяется повышению культуры производства, возрождению лучших традиций, которыми богата итстория ПТРЗ. Некоторая часть доходов владывается в развитие и содержание инфраструктуры: детского лагеря «Космический», базы отдыха, коттеджей для семейного досуга на Азовском море.
В настоящее время количество заказов у завода существенно снизилось. Экономическое положение предприятия стало бедственным, на заводе начались сокращения. Перспектива крупнейшего предприятия Полтавы, к сожалению, весьма туманна.