北京机务段，原名北京内燃机务段，始建于 1962 年，是全国第一个内燃机务段，为适应铁路跨越式发展的需要，进行了牵引力改革，由过去单一的内燃机车牵引变成内燃、电力混合牵引，经上级批准自 2004 年 4 月 1 日起更名为北京机务段。
2005 年铁路生产力布局调整，经过站段整合后，现在的北京机务段是由原北京机务段、北京西机务段、天津机务段和石家庄机务段京广客车队，邯郸、保定段的客车队整合而成，形成了多段合一的新的北京机务段。北京机务段原地处建国门外通惠河南岸，西接北京站，南靠京秦快速通道。 2006 年 5 月份，为适应工作需要，北京机务段将段址迁移至原北京西机务段，新址位于海淀区万寿路南，东接北京西站，交通十分便利，段内环境优美。
目前，北京机务段职工总数达六千多人，配属机车 18 个车型，担当京哈线、津蓟线、京秦线、京山线、京沪线、沪杭线、京九线、石德线、京广线、京原线 200多对客车的牵引任务，运营里程达到 6000多公里。运营区段横跨 9 个铁路局，覆盖 12 个省、三个直辖市。同时担当多种型号的内燃、电力机车的大、中、小辅修任务。
