太原机务段始建于1906年,当时的规模较小,设备和技术相对落后,主要承担着本地及周边地区的铁路运输任务。
新中国成立后,太原机务段配属了多种蒸汽机车,如建设型、前进型等,承担石太线、北同蒲线等线路的货运列车牵引任务。1958年,机务段新造解放型4101号机车牵引2340吨货物列车试运转。
1980年,太原北机务段配属了12台韶山1型电力机车,山西迈入电力机车时代。1982年10月1日,石太线(石家庄至太原北段)全线通车,韶山1型电力机车担任牵引任务,运输效率明显提高。此后,太原机务段陆续配属了8G型、8K型等电力机车。
灵丘内燃机务段于1971年开始筹建,1972年起陆续配属东方红1型、NY7型、东风4型、ND5型等内燃机车,主要担当京原线的客货运任务。后来灵丘内燃机务段整合进太原机务段。
2005年,全国铁路撤销43个铁路分局,成立18个铁路局,太原铁路分局与大同铁路分局合并成立太原铁路局,太原北机务段发展迈上新台阶。2014年7月1日,大西高铁开通运营,太原机务段成为太原局集团公司唯一担当高铁、动车组牵引任务的单位。如今,太原机务段动车运用车间使用多种型号高铁动车组列车,承担大西高铁、京石高铁等多条线路的动车组牵引任务。
每年春运,太原机务段都会开展“零点行动”。2024年春运,在“零点行动”誓师大会上,100余名职工高举右拳许下春运安全承诺。大会前,各运用车间评选出40对“好师傅”“好徒弟”,鼓励老职工传帮带。大会后,青年志愿者队伍为一线职工送上慰问品。“零点行动”既为春运工作加油鼓劲,又引导青年职工学习榜样精神。
从1954年新中国春运开始,太原机务段的杨家四代人在64年里接力春运。曾祖父杨凤祥是机车钳工,为保障春运机力供应,发挥“老工匠”精神和党员先锋作用。祖父杨庆堂成为蒸汽机车司炉、司机,通过努力解决了下坡道制动力偏弱等问题。父亲杨子华拥有三种机型机车的驾驶资格,春运路上常与父亲互学技术。孙子杨玉峰在2013年大学毕业后成为火车司机,他在第三届春运前与女友拍摄机车主题婚纱照,并约法三章保障工作。
2019年,何作冻进入太原机务段设备车间从事工具钳工工作。他曾是军人,转业后不分昼夜学习专业知识,迅速适应新工作。何作冻热爱公益事业,成立神舟老班长学雷锋团,组织战友开展慰问退役军人、老革命等活动,还在2023年参与了向涞水县受灾群众捐赠救援物资的行动,荣获“山西慈善奖”的“慈善行为楷模”称号。