Предприятие было основано в 1884 году как главные паровозные мастерские Екатерининской железной дороги (ремонтировали до 200 единиц паровозов и тендеров в год).

В 1929 году мастерские переименованы в завод.

После начала Великой Отечественной войны, в связи с приближением к городу линии фронта, завод был эвакуирован в тыл - на Ташкентский паровозоремонтный завод и Омский паровозоремонтный завод, где помимо ремонта подвижного состава занимался изготовлением авиабомб, снарядов, мин, миномётов, бронепоездов и другую продукцию.

На заводе производился ремонт паровозов серии ФД, ИС, П36, Л и другие.

В 1965 году завод был переименован из паровозоремонтного в тепловозоремонтный.

В 1970-е завод реконструирован.

К началу 1990-х годов завод выполнял ремонт тепловозов серии 2ТЭ10, ЧМЭ3, тепловозных дизелей и выпуск запасных частей.

В марте 1995 года Верховная Рада Украины внесла завод в перечень предприятий, приватизация которых запрещена в связи с их общегосударственным значением^[1].

В июле 1998 года завод был включён в перечень предприятий, имеющих стратегическое значение для экономики и безопасности Украины^[2].

В сентябре 2004 года завод был передан в управление министерства транспорта и связи Украины^[3].

В соответствии с требованиями Закона Украины «Об акционерных обществах», приказов Министерства инфраструктуры Украины и приказа по предприятию № 446 от 23.05.2011 г. Открытое акционерное общество «Днепропетровский тепловозоремонтный завод» сменил свое название. Согласно Устава, новым названием завода является: Частное акционерное общество «Днепропетровский тепловозоремонтный завод» (ЧАО «ДТРЗ»).

Начавшийся в 2008 году экономический кризис осложнил положение предприятия. В этих условиях, на ДТРЗ были сосредоточены большинство заказов министерства транспорта Украины на капитальный ремонт подвижного состава и колёсных пар^[5].