Тепловозоремонтный завод имени Ф.Э. Дзержйнского, основан в 1868 году как паровозоремонтные мастерские Юго-Восточной железной дороги (ЮВЖД). В 1920-х годы на заводе были осуществлены масштабные восстановительные работы по ликвидации ущерба, нанесённого Гражданской войной.

В 1928 году его мощности в 2 раза превысили довоенную. В 1929 году Народным комиссариатом путей сообщения СССР было создано Воронежское районное управление ремонтными заводами железнодорожного транспорта, объединившее предприятия Юго-Восточной железной дороги, Рязано-Уральской железной дороги и Донецкой железной дороги с Воронежским паровозоремонтным заводом как головным.

Накануне Великой Отечественной войны завод насчитывал 7 600 работающих. В годы Великой Отечественной войны завод наряду с ремонтом паровозов выпускал стрелковое оружие, детали и узлы для «Катюши». Силами заводчан был построен бронепоезд. Около 1 000 дзержинцев влились в состав Воронежского добровольческого коммунистического полка; заводчане-фронтовики В.Н. Афанасьев, П.В. Есипов, М.Д. Козлов, М.И. Сопляков и Ф.Я. Спахов удостоены звания Героя Советского Союза. В период оккупации завод был разрушен, в послевоенные годы восстановлен и оснащён новым оборудованием. Внедрялись передовые технологии, осуществлялась подготовка квалифицированных кадров.

Дальнейшие перспективы Воронежского тепловозоремонтного завода определил переход железной дороги на тепловую тягу. Завод вырос в высокомеханизированное предприятие, ремонтировал ежегодно более 500 секций тепловозов различных серий. В 1959 году завод награждён Орденом Трудового Красного Знамени. Большая группа работников была удостоена правительственных наград, формовщик А.Д. Слепокуров стал Героем Социалистического Труда.

Поэтапное реформирование железнодорожного транспорта ставит перед заводом новые задачи: освоен ремонт тепловоза серии ТЭМ70, внедрена поточная линия по монтажу и демонтажу колёсных пар, строится новый вид локомотивной тяги - газотурбовоз на экономичном природном топливе.

В разное время заводом руководили: А.В. Синица (1941-1951), И.Н. Семёнов (1951-1965), А.Г. Кулешов (1987-1997), Н.А. Верховых (1997-2005), И.В. Серебряков (с 2005 года).