台北機廠在日治時期興建，1939年落成啟用，原本位於台北府城北門西北邊的台灣總督府交通局鐵道部台北工場遷入此處。二戰後成為台鐵首要的車輛基地。
台北機場北臨市民大道，位於京華城對面；南臨台北市東西向快速道路高架道，與松山菸廠相隔。機廠內設有一座自落成時留存至今、設計風格受到現代主義影響的員工澡堂，為廠區內第一個被指定為台北市市定古蹟的建築。
台北機場一度面臨要部分開發為商場，在文史工作者呼籲下，文化部「古蹟歷史建築審議委員會」今天審議通過，指定「台北機廠」為國定古蹟，以保存全區鐵道工業遺產的整體風貌。
以下為台北機廠大事紀：
1930年，因應逐漸擴增的運輸需求建造，台北機 廠原稱為「台北鐵道工場」。
1935年10月完工。
第二次世界大戰後改為台北機廠，基地略呈梯形，面積約19公頃，高峰期曾有5工區17工場。 ‧2000年9月22日，廠區內的員工澡堂指定為直轄市定古蹟「鐵路局台北機廠澡堂」，見證早年台灣勞工生活。
2011年，配合台北車站南隧道要交付高鐵，台北機廠搬遷。
2012年，台鐵提出「資產活化」償債計畫，由於台鐵負債達新台幣1100多億元，要求台北機廠局部保留 ，讓台鐵可活化土地開發。
2012年，文史工作者呼籲台北機廠全區保留。
2012年1月31日，台北機廠與松山車站間的連絡線（機廠側線）正式停用並拆除。
2013年1月10日台鐵富岡機廠第一期正式啟用（始被稱作「富岡基地」），標誌著現有台北機廠搬遷新階段開始。
2013年1月14日起，由於長期各方團體向台鐵請願爭取，在多日周旋下，北市府將廠內組立工場、鍛冶工場、原動室列為市定古蹟。
2015年3月15日，文化部「古蹟歷史建築審議委員會」審議通過，指定「台北機廠」為國定古蹟，全區 保留鐵道工業遺產的整體風貌。