Паровозное депо Харьков-Сортировочный было организовано в 1915 году и выполняло функции оборотного. С апреля 1931 г. оно стало основным. Здесь действовал цех по ремонту паровозов, автотормозов, производилась экипировка паровозов. Депо занималось и эксплуатационной работой.
В годы внедрения тепловозной тяги в депо поступают маневровые тепловозы ЧМЭ3. И в наше время эти машины (61 тепловоз ЧМЭ3) составляют приписной парк депо. Они выполняют маневровую и хозяйственную работу на многочисленных станциях Харьковского узла (в т. ч. и на ст. Харьков-Пассажирский, Харьков-Сортировочный, Основа), трудятся в ПМС, ВЧД и других подразделениях.
Локомотивные боигады депо также эксплуатируют грузовые электровозы ВЛ11.8 приписки депо Лозовая. На станции Харьков-Сортировочный находится ПТО машин этой серии.