1959年鐵道部戚墅堰鑄工工藝研究所成立，直屬於鐵道部，是獨立的科研型事業單位。創業之初，條件極為艱苦，第一批戚所人擠在戚廠廢棄的碉堡中辦公。1959年12月15日，第一棟三層試驗大樓——理化試驗主樓破土動工，因設計改動、材料供應困難等因素，歷時三年才竣工驗收。1961年更名為鐵道部戚墅堰熱加工工藝研究所。1962年與鐵道部大同冷加工工藝研究所合併，定名為鐵道部戚墅堰機車車輛工藝研究所。
1964年，戚墅堰所在戚機廠、齊齊哈爾廠的幫助下，開展合金鋼曲軸全纖維鍛壓工藝研究，鍛出我國第一根大功率12V175Z高速柴油機合金鋼全纖維擠壓曲軸，1965年通過鐵道部技術鑒定，1978年榮獲全國科技大會獎、全國鐵路科技大會獎。2010年，戚墅堰所承擔「和諧號」動車組的齒輪箱國產化項目，在引進消化日本技術的基礎上，年底首批國產化齒輪箱研製完成，成為唯一能為「和諧號」提供該產品的國內供應商。之後，在「復興號」立項之初就參與頂層設計，為「復興號」研製的齒輪箱，九成由其自主研發並生產。
1985年全額取消國家事業費撥款，邁向市場化運營。2000年更名為中國南車集團戚墅堰機車車輛工藝研究所，走出國家事業單位序列，完成企業化轉制。
2008年南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司註冊成立，並隨中國南車整體上市。2015年隨南北車合併，加入中國中車，更名為中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司。2022年，戚墅堰所加快推進風電齒輪箱、礦山裝備業務規模化發展，重組成立了常州中車瑞泰裝備有限公司，並實施職業經理人改革。2023年發生工商變更，企業名稱變更為中車戚墅堰機車車輛工藝研究所股份有限公司，企業類型由有限責任公司變更為股份有限公司。
在發展過程中，戚墅堰機車研究所不斷致力於新材料、新技術、新工藝、新裝備的研究開發與產業化，在軌道交通關鍵零部件、專有技術延伸、生產性技術服務等領域取得了顯著成就。
