台北機廠の前身は、19世紀の清朝時代の末期に設立された「台北機器局」に遡ります。もともとは現在の北門郊外の鄭州路と塔城街の一帯に位置し、兵器を修理するための軍事施設でした。日本統治時代初期に、鉄道車両整備工場として「台北鉄道工場」に生まれ変わり、西部鉄道網の建設完成に伴い、車両整備基地の土地拡大が必要となったため、縦貫線上の興雅庄（松山区）に新工場を建設することになりました。工場建設地には、約20ヘクタールの敷地に総合事務所棟や組立工場、鍛冶工場、客車工場、塗装工場などの大型工場の建設が予定され、1935年10月30日に完成・操業開始となり、当時は台湾最大の鉄道車両整備基地でした。
第二次世界大戦中、台湾の鉄道は戦火に見舞われ、台北湾鉄道工場は何度もアメリカ軍の爆撃を受け、多くの死傷者を出し、多大な損害を被りました。第二次世界大戦後は、台湾鉄道の従業員が全力で台北機廠の運営維持に尽力し、名称も台湾鉄路管理局台北機廠（たいわんてつろかんりきょくたいぺいきしょう）へと変更されました。
1950年に朝鮮戦争が勃発すると、アメリカは引き続き台湾への経済協力を進め、この支援によるプロジェクトアメリカ援助の一環として、台北機廠に新たな電気式ディーゼル機関車工場業エリアと新車工場が建設されました。日本統治時代の蒸気機関車や客車車両から、1960年代の電気式ディーゼル機関車、1979年の電化後の電気機関車や電車まで様々な車両を整備してきた台北機廠は、台湾の鉄道発展の歴史の象徴となっています。
1997年以降、台北機廠は多くの蒸気機関車を復元し、伝説を甦らせてきました。2013年の工場移転前までは、電力、電気式ディーゼル、車両、修理製造の4大エリアと12の工場で構成されていました。しかし時代や都市環境の変化に伴い、台北機廠は台湾鉄道の地下化や高速鉄道の新築運行路線変更などの計画に対応するため、2013年に整備業務を桃園の楊梅にある富岡車両基地へ移転し、旧工場は正式に歴史に幕を下ろすことになりました。
台北機廠は、台湾で最も古く、最も完成度の高い鉄道車両整備工場であるだけでなく、過去1世紀に渡って、台北が農村都市から工業・商業都市へと変貌していく過程を目撃してきた重要な場所でもあるのです。2015年には、台北機廠の全エリアが国指定文化財に指定され、2019年8月には「国家鉄道博物館準備処」が設立されました。世代を超えた産業技術の継承を積み重ねてきたこの場所が、今まさに国家鉄道博物館という形で生まれ変わろうとしています。