南口廠始建於1906年。

1906年8月（光緒三十二年七月）
，以詹天佑為首的工程技術人員為適應維護京張鐵路的需要，在南口城西南設立京張製造廠

，隸屬郵傳部京張鐵路總局。

1910年到1948
，京張製造廠先後更名為南口機車廠、南口機廠
，相繼隸屬京張鐵路總局、京綏鐵路管理局機務處、平綏鐵路管理局機務處
、滿鐵北支事務局北京鐵道事務所
、張家口鐵路局、平津區鐵路管理局管轄。

1949年2月
，中國人民解放軍軍事管製委員會平津鐵路管理局接收南口機廠。

1950年到1986年，南口機廠又先後更名為南口鐵路工廠
、南口機車車輛修理工廠
、南口築路機械修理工廠、南口配件製造工廠、南口機車車輛機械工廠

、交通部南口機車車輛機械工廠、鐵道部南口機車車輛機械工廠

，相繼隸屬天津鐵路管理局、鐵道部機車車輛修理局、鐵道部新建鐵路工程總局機械築路工程公司
、鐵道部機車車輛工廠管理總局、交通部
、鐵道部工業總局
、中國鐵路機車車輛工業總公司管轄。

1990年，公司晉升為國家二級企業，1993年被劃定為國家大一型企業，並步入“中國500家最大交通運輸製造企業”。

1994年3月
，公司更名北京南口機車車輛機械廠。

1996年
，公司與瑞典SKF公司成立合資公司即“北京南口斯凱孚鐵路軸承有限公司”。

2000年9月

，中國鐵路機車車輛工業總公司與鐵道部脫鉤
，北京南口機車車輛機械廠隸屬中國北方機車車輛工業集團公司。

2002年12月29日
，公司正式啟用“中國北車集團北京南口機車車輛機械廠”企業名稱。

2006年
，公司與德國克諾爾公司簽訂合資合同，成立合資公司既“克諾爾·南口供風設備（北京）有限公司”。

2007年8月1日
，“北京南口軌道交通機械有限責任公司”名稱正式啟用。

2009年
，公司完成北車（北京）軌道裝備有限公司工商登記注冊，領取企業法人營業執照。

2015年
，中國南北車股份有限公司合並為中國中車股份有限公司。12月23日，公司更名為“中車北京南口機械有限公司”，隸屬中國中車股份有限公司。

2018年9月26日，公司成立全資子公司北京中車南口科創園區管理有限責任公司。12月6日，控股成立合資企業中車福伊特傳動技術（北京）有限公司。12月11日，與中車科技園公司簽訂股權轉讓協議，轉讓北京中車南口科創園區管理有限責任公司70%股權。12月13日，參股成立合資企業上海中車福伊特傳動技術有限公司。