Завод создан после Великой Отечественной войны, в 1949 году. Он выпускал главные дизели для военных судов (37Д, 33Д и 30Д). С 1957 года это единственный в стране производитель среднескоростных дизелей Д50 для железнодорожного и водного транспорта.

Предприятие выпускало также дизель-электростанции, дизель-генераторы, турбокомпрессоры для наддува дизелей. В 1990-е «Пензадизельмаш» и Брянский машиностроительный завод создали первый в России газотепловоз ТЭМ18Г.

Сегодня завод продолжает развиваться и экспортирует свою продукцию в другие страны.