20 июня 1872 года состоялось открытие движения по Ярославско-Вологодской узкоколейной железной дороге от станции Данилов до Вологды.
  
Изначально здание депо было деревянным, позднее с торцов были построены каменные стенки. В Вологде производилась только промывка паровозов, текущий ремонт и обслуживание. Для более сложного ремонта и обточки колесных пар локомотивы отправляли в главные мастерские на станции Урочь.

Со временем предприятие развивалось. В 1895-1897 гг. в депо начали поступать более мощные паровозы серии Мб производства завода Борзиг (Берлин, Германия), а затем и однотипные паровозы серии Мп Путиловского завода.

В 1906 году завершилось строительство железной дороги Санкт-Петербург – Вологда – Вятка широкой колеи. Для обслуживания этой линии было построено новое, третье по счету, здание, которое функционирует и сегодня.

В годы Великой Отечественной войны добровольцами на фронт ушли около 300 работников депо. Была сформирована паровозная колонна № 43 особого резерва НКПС для вождения поездов в прифронтовой полосе.

В 2009 году локомотивное депо Вологда было преобразовано в ремонтное с наименованием ТЧР-34 и создано эксплуатационное локомотивное депо Лоста ТЧЭ-11, а пять лет спустя для выполнения полного сервисного обслуживания локомотивов ремонтное депо стало сервисным локомотивным депо Вологда – филиалом «Северо-Западный» ООО «ТМХ-Сервис».

Впоследствии СЛД Вологда вошло в состав Группы компаний «ЛокоТех». Сейчас предприятие относится к филиалу «Северный» ООО «ЛокоТех-Сервис» и является одним из самых крупных в границах Северной железной дороги.