Коломенский завод одним из первых в мире освоил производство нового класса тепловых двигателей – дизелей. В 1903 году здесь был изготовлен первый одноцилиндровый вертикальный дизель мощностью 18 л.с., а через некоторое время завод стал крупнейшим в стране производителем дизелей. В 1904-1905 гг. дизели с торговой маркой Коломенского завода нашли применение как на заводах, так и в трубопроводном транспорте и на электрических станциях.

Коломенские инженеры нашли способ применения дизеля в качестве силовой установки для речных и морских судов. В 1907 году по проекту русского инженера-изобретателя Раймонда Александровича Корейво был построен первый в мире речной буксирный теплоход «Коломенский дизель», с этого времени началась эра теплоходостроения в России и в Европе. Начались первые поставки дизелей для Военно-Морского Флота. Продукция предприятия была удостоена высших наград на шести международных выставках, получив, таким образом, международное признание. Коломенский завод стал ведущим российским предприятием по теплоходостроению.

В 20-е годы ХХ века Коломенский завод стал одним из самых крупных предприятий страны, сыгравшим значительную роль в развитии железнодорожного транспорта и многих отраслей отечественной промышленности. Был освоен выпуск разнообразной сельскохозяйственной техники, тракторов, трамвайных моторных вагонов, снегоочистителей, вагонеток и другой продукции.

С начала 30-х годов, не прекращая производства паровозов и дизелей, завод начал осваивать изготовление качественно новых для России машин – тепловозов и электровозов. Первый тепловоз мощностью 600 л.с. был построен в 1930 году. Этот тепловоз был оборудован электрической передачей и предназначался для маневровой работы на крупных станциях. А в 1933 году Коломенский завод первым в стране освоил серийное производство магистральных тепловозов.

В 1932 году Коломенский завод совместно с заводом «Динамо» выпустил первый советский грузовой электровоз ВЛ19 («Владимир Ленин»), а в 1934 году здесь был построен первый в СССР пассажирский электровоз серии ПБ («Политбюро»).

15 апреля 1939 года за крупные заслуги перед Родиной в создании и освоении новых машин Коломенский завод был награжден орденом Ленина.

Великая Отечественная Война изменила профиль заводского производства. Один за другим поступали фронтовые заказы. Налаживая их выполнение, цехи перестраивались и принимали военный вид.

С приближением вражеских войск к Москве основная часть завода была эвакуирована в Киров, где в сжатые сроки было налажено производство военной техники:танков, минометов «Катюша», самоходных установок.

В годы войны оставшиеся в Коломне работники производили ремонт военной техники. Также было налажено производство различных видов боеприпасов и снаряжения, освоена постройка передвижных платформ для зенитных орудий, построено два бронепоезда. Кроме того, завод выполнял крупные заказы металлургических комбинатов: производил коксовыталкиватели, оборудование для доменных печей, чугуновозы, шахтные подъемные машины, конверторы. Для восстановительных работ на освобожденных территориях изготавливались дизель-молоты и запасные части для электростанций.

В середине 1943 года на предприятии возобновились паровозостроение и дизелестроение. Завод осуществлял ремонт паровозов и дизелей, разрабатывались проекты новых конструкций локомотивов и двигателей, воплощенные в металл уже в мирное время.

11 июля 1945 года за успешное выполнение важных заданий по выпуску боеприпасов и металлургического оборудования в годы войны Коломенский завод был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

После Великой Отечественной войны появилась необходимость в легком, простом и экономичном грузовом локомотиве. В 1945 году на Коломенском заводе был построен такой паровоз, получивший название «Победа». В честь главного конструктора завода Льва Сергеевича Лебедянского (1898-1968 г.г.) – выдающегося конструктора отечественных локомотивов, этим паровозам была присвоена серия «Л». Паровозы «Л» крупной серией, помимо Коломенского завода строили также Ворошиловградский и Брянский заводы. При мощности 2200 л.с. паровоз развивал скорость до 80 км/час и был экономичнее всех эксплуатировавшихся на тот момент грузовых паровозов. Появление на железных дорогах паровозов «Л» позволило значительно повысить скорости движения поездов и, соответственно, увеличить при этом пропускную способность железных дорог.

В послевоенные годы завод, помимо паровозов, изготавливал дизельные двигатели, тюбинги, а также выполнял заказы предприятий черной металлургии. Программой развития Военно-Морского Флота Коломзаводу, как и прежде, отводилась роль создателя и поставщика двигателей внутреннего сгорания для многих типов кораблей.

Объем производства паровозов возрастал быстрыми темпами, однако транспорт не справлялся перевозками возраставшего потока грузов, главным образом потому, что его основная база – паровозы – исчерпала свои возможности. За 88-летнюю историю паровозостроения на предприятии было создано около двухсот типов паровозов и построено 10420 паровозов различного назначения.
В 1956 году решением Правительства был прекращен выпуск паровозов, и Коломенский завод получил задание перейти на выпуск тепловозов.

В 1956 году была завершена прерванная Великой Отечественной Войной доводка двухтактного дизеля оригинальной конструкции по массогабаритным показателям и степени форсировки значительно опередившего уровень лучших мировых образцов того же класса. Этот дизель является родоначальником целого семейства судовых и тепловозных двигателей (40Д, 6Д40, 14Д40, 11Д45 и др.). Всего было построено свыше 12 тысяч дизелей и дизель-генераторов этого семейства.

В 1956 году из ворот Коломенского завода вышел грузовой тепловоз ТЭ3, построенный по чертежам Харьковского завода им. Малышева. И уже в 1958 году, продолжая работы по созданию новых типов тепловозов, коллектив завода спроектировал и построил опытный односекционный грузовой тепловоз ТЭ50 с двигателем Д45 мощностью 3000 л.с. собственной конструкции.

Дальнейшее развитие тепловозостроения на заводе базировалось на разработке и производстве новых типов дизелей и тепловозов только собственной конструкции. В 1959 году на заводе был построен первый в стране грузовой газотурбовоз Г1 мощностью 3500 л.с., велись работы по созданию передвижных дизельных электростанций

В 1959 году Коломенский завод был определен головным предприятием по разработке и выпуску пассажирских тепловозов. В 1960 году был построен пассажирский тепловоз ТЭП60. При создании этого первого отечественного скоростного локомотива были учтены все новейшие достижения в области локомотивостроения. Новый тепловоз с дизель-генератором 11Д45 мощностью 3000 л.с. предназначался для вождения пассажирских поездов весом 600-1000 тонн со скоростью до 160 км/ч.

В 1964 г. построен пассажирский газотурбовоз ГП1, мощностью 3000 л.с. на базе экипажной части тепловоза ТЭП60.

В период с 1960 по 1968 года было создано новое семейство судовых дизелей (типа Д42 и Д43). Усовершенствованные дизели этого типа продолжают выпускаться заводом до сих пор.

Спрос на коломенские дизели постоянно возрастал. В середине 60-х годов руководством Коломенского завода было принято решение о создании мощностного ряда среднеоборотных четырехтактных дизелей типа Д49 модульной конструкции для тепловозостроения, судостроения, электростанций, большегрузных самосвалов и т.д. В мировом и отечественном дизелестроении решение задачи модульности и унификации явилось значительным достижением для двигателей подобного класса. Сегодня концепции модульности в новых конструкциях дизелей придерживаются многие известные дизелестроительные компании мира.

За высокие производственные достижения в создании и освоении производства новых высокоэкономичных дизелей Коломенский завод 22 января 1971 года был награжден орденом Октябрьской Революции. Коллектив конструкторов стал лауреатом Государственной премии СССР за создание и освоение производства новых высокоэкономичных дизелей.

В начале 70-х годов был построен односекционный пассажирский тепловоз ТЭП70 мощностью 4000 л.с. в одной секции. После отработки конструкции в 1988 году начат серийный выпуск тепловоза. По своим основным техническим параметрам ТЭП70 соответствует мировому уровню и эксплуатируется в России, странах СНГ и Балтии. Всего выпущено более 560 секций ТЭП70.

В 1975-77 годах были построены два опытных образца односекционного пассажирского тепловоза ТЭП75 мощностью 6000 л.с., а в 1988-89 годах появились опытные восьмиосные тепловозы ТЭП80 с такой же мощностью в одной секции и оригинальной конструкцией четырехосной тележки. В 1993 году во время опытных поездок тепловоз ТЭП80 установил впервые в мировой практике рекорд скорости для тепловозов – 271 км/ч.

В период российского экономического кризиса 1990-х годов, разработка новой техники на Коломенском заводе не прекращалась. В 1997 году заводом изготовлены два опытных образца пассажирского электровоза переменного тока ЭП200 мощностью 8000 кВт с максимальной скоростью в эксплуатации 200 км/ч, конструкционной скоростью по экипажу – 250 км/ч. Они являются первыми пассажирскими скоростными электровозами отечественного производства.

В конце 90-х годов по инициативе Коломенского завода была начата ремоторизация тепловозного парка МПС России – замена технически и морально устаревших двигателей на более экономичные и надежные коломенские двигатели типа Д49. Установка новых двигателей продлевает срок эксплуатации тепловозов на 15-20 лет.
Сравнительные испытания дизелей Коломенского завода и ведущих мировых производителей «Мак-Крупп» и «Катерпиллер», проведенные в конце 1990-х годов на однотипных тепловозах типа 232 в Германии, подтвердили высокую надежность коломенских дизелей, их топливную экономичность, простоту технического обслуживания и ремонта. В результате этих испытаний Немецкие железные дороги для модернизации своего тепловозного парка выбрали коломенские двигатели типа Д49.

В 2000 году в ОАО «Коломенский завод» было освоено производство блочно-транспортабельных электростанций широкого назначения. Эти электростанции используются в качестве источника автономного (основного или вспомогательного) энергоснабжения для предприятий нефте- и газодобывающей промышленности в отдаленных регионах России.

В 2002 году специалистами Коломенского завода разработан и построен пассажирский тепловоз нового поколения ТЭП70БС мощностью 4000 л.с. с энергоснабжением вагонов поезда. Конструкцию тепловоза ТЭП70БС завод принял в качестве базовой для создания унифицированного ряда локомотивов.

4 декабря 2003 года Президент Российской Федерации Владимир Владимирович Путин посетил ОАО «Коломенский завод». В ходе визита он ознакомился с историей предприятия, динамикой его развития за последние годы, выпускаемой продукцией, а также провел совещание по вопросам развития транспортного машиностроения России.
В своем выступлении глава государства отметил, что одним из приоритетов транспортной политики является комплексное техническое перевооружение транспортной отрасли, при этом он отметил заслуги Коломенского завода и важную роль дальнейших достижений предприятия в реализации транспортной стратегии России.

В 2004 году изготовлен опытный образец двухсекционного грузового тепловоза 2ТЭ70 мощностью 6000 кВт, презентация которого состоялась 14 июля 2004 года. Новый локомотив – первый российский грузовой тепловоз, изготовленный полностью из отечественных комплектующих. Он был разработан и построен подразделениями Коломенского завода в кратчайшие сроки.

2005 год знаменателен для завода созданием нового пассажирского электровоза постоянного тока ЭП2К мощностью 4800 кВт и конструкционной скоростью 160 км/ч.

В 2006 году началась постройка пассажирского тепловоза ТЭП70У мощностью 3000 кВт, унифицированного по основным узлам с тепловозами ТЭП70БС и 2ТЭ70, предназначенного для замены тепловоза ТЭП70.

В 2006 году создан дизель-генератор 21-26ДГ-01 мощностью 2500 кВт при 1000 об/мин. Особенностью нового двигателя является применение электронной системы топливоподачи импульсного действия и электронной системы, обеспечивающей перепуск воздуха из компрессора в турбину. Такая система применена в России впервые. Дизель-генератор 21-26-01 установлен на первом российском грузовом тепловозе 2ТЭ25А «Витязь» с асинхронной главной силовой передачей производства Брянского машиностроительного завода.

В 2006 году локомотивные дизели Д49 аттестованы на соответствие экологическому стандарту EURO IIIA

Коломенский завод реализует ряд проектов с использованием альтернативных видов топлива, осваивает производство принципиально нового вида продукции — газовых моторов, предназначенных для выработки электрической и тепловой энергии в электростанциях базового, резервного и аварийного назначения.
Газовый мотор с 2011 года работает в составе базовой электростанции ЗАО «Радугаэнерго», которая обеспечивает снабжение населенного пункта электрической и тепловой энергией.
Газовый мотор представляет собой поршневой двигатель с искровым зажиганием, в качестве топлива могут использоваться различные виды газа: природный, попутный, генераторный и биогаз.
Создание газового мотора имеет важное значение для обеспечения потребностей рынка в локальных источниках энергии мощностью 800 — 2000 кВт, которые в настоящее время приобретаются за рубежом.

Параллельно с усовершенствованием серийно выпускаемых дизелей, коллектив Коломенского завода работает над созданием нового типоразмерного ряда дизелей широкого назначения Д500 в мощностном диапазоне от 4 МВт до 7 МВт.
В конструкции нового дизеля учтены перспективные требования заказчиков.
Проект осуществляется в рамках реализации Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» по подпрограмме «Создание и организация производства в Российской Федерации в 2011-2015 годах дизельных двигателей и их компонентов нового поколения».