Предшественниками кафедр подвижного состава были кафедры механики, начавшие работу с 1817 года. В учебном плане имелась дисциплина «Паровые машины и паровозы». 

В 1890 году был составлен новый учебный план. Это привело к разделению кафедры «Практическая механика» на 5 самостоятельных. В их числе была создана кафедра «Паровые машины», руководителем которой был профессор А.Д.Романов. Существующая кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство» к 1954 году образовалась из кафедр «Паровозы», «Паровозолинейное хозяйство» и «Паровозоремонтные заводы». Наряду с инженерами паровозниками с 1936 года выпускались специалисты — тепловозники. Первыми заведующими кафедрой были М.Е.Правосудович и И.Ф. Ядов.

В 1917 — 1923 гг на кафедре работал профессор Ю. В. Ломоносов, который является крупным ученым в области тяги поездов, впервые в мире организовавший паспортные тягово-теплотехнические испытания паровозов, организатор работы русской железнодорожной миссии, которая многое сделала для прорыва экономической блокады Советской России в 20-х годах прошлого столетия. В 1924 году в Германии им были спроектированы, построены и испытаны на заводских путях первые опытные образцы магистральных тепловозов Ээл2 и Эмх3 с электрической и механической передачами мощности.

В период с 1929 года по 1935 год кафедрой руководил профессор К.А.Шишкин, видный ученый, труды которого по конструкции паровозов и тепловозов широко известны. По его инициативе и при его участии в 1932 году было создано первое в мире тепловозное депо Ашхабад.

С 1935 года по 1945 год на кафедре работал талантливый ученый, пионер отечественного тепловозостроения и авиастроения, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, профессор Я.М.Гаккель.

Первые регулярные выпуски тепловозников начались с 1952 г., а с 1960 г. выпуск паровозников был прекращен. Всего за годы существования на кафедре выпущено более 6500 инженеров. С 1998 года кафедра готовит бакалавров и магистров по направлению «Наземные транспортные системы». При кафедре всегда существовала подготовка кандидатов технических наук.

Все преподаватели кафедры имеют ученые звания профессоров и доцентов и ученые степени докторов технических наук и кандидатов технических наук. 

С 2006 по 2012 год кафедрой руководил профессор В.А.Кручек, один из ведущих специалистов в области динамики и группового тягового привода локомотивов. С 2012 года кафедрой руководит доцент, кандидат технических наук Д. Н. Курилкин, специалист в области моделирования систем и узлов локомотивов.