W latach 1888-1889 Królewska Dyrekcja Kolei Żelaznych we Wrocławiu wybudowała w Jarocinie nową, 16-stanowiskową halę parowozowni wachlarzowej z widlastym układem stanowisk postojowych. Budynek wzniesiono z cegły i nakryto drewnianym dachem, pokrytym papą bitumiczną i wspartym na stalowych dźwigarach kratownicowych Polonceau. W każdej z bram wjazdowych do hali rozwidlały dwa tory postojowe. Obiekt wyposażono w obrotnicę sztywną o średnicy ok. 12,50 m z napędem ręcznym. Powstały również obiekty warsztatowe napraw wagonów. Wszelkie prace związane z obrządzaniem parowozów tj. oczyszczaniem palenisk i dymnic przeprowadzano pod gołym niebem. Nawęglanie odbywało się za pomocą ręcznych urządzeń dźwigowych. W następnych latach do hali dostawiono połączony korytarzem parterowy budynek noclegowni, który z czasem nadbudowany został o dwa piętra. Równolegle powstały zasieki węglowe, kanał oczystkowy, żurawie wodne, wieża ciśnień (usytuowana po południowo-wschodniej stronie hali) oraz studnia wraz ze stacją pomp parowych po drugiej stronie wiaduktu. Narastający ruch kolejowy w obrębie jarocińskiego węzła skutkował w latach 1894–1895 rozbudową wachlarza parowozowni o sześć stanowisk.

Rozbudowie uległ również ciąg technologiczny utrzymania lokomotyw. Ostatnia poważna rozbudowa lokomotywowni nastąpiła najprawdopodobniej między 1908-1910 r. – czyli po tym jak linia kolejowa z Jarocina przez Wrześnię została przebudowana na dwutorową i po tym, jak w 1906 r. oddano do eksploatacji linię Śrem- Mieszków, na której obsługę trakcyjną zapewniały jarocińskie lokomotywy. W następstwie tych inwestycji, powstały 4 zasieki węglowe a halę powiększono o kolejne sześć stanowisk, uzyskując łącznie 28 miejsc postojowych. Przypuszczalnie w tym samym okresie do hali dobudowano parterowy budynek tokarni wraz ze ślusarnią oraz nadbudowano piętro w zlokalizowanej przy hali noclegowni. Do 1939 roku parowozownia wyposażona była w zapadnię zestawów kołowych i dłuższą od pierwotnej obrotnicą.

W 1920 roku Jarocin stał się stacją formowania pociągów pasażerskich. Pod koniec lat 30-tych ub. wieku węzeł kolejowy podlegał Oddziałowi Ruchu w Ostrowie Wlkp. Parowozownia przemianowana została na pomocniczą. Prawdopodobnie w okresie międzywojennym w sąsiedztwie hali powstała remiza straży pożarnej. Od 1 kwietnia 1939 roku Parowozownia Jarocin była jedną z ośmiu w Dyrekcji Okręgowej Kolei Państwowych w Poznaniu. Stacjonowało tu wtedy 47 parowozów (2 sztuki serii Od2, 1 sztuka serii Tp2, 1 sztuka serii Tp3, 11 sztuk serii Tp4, 16 sztuk serii Ty23, 16 sztuk serii TKi3). Wybuch II Wojny Światowej nie spowodował dotkliwych strat i zniszczeń w parowozowni. Polscy kolejarze uszkodzili obrotnicę, którą Niemcy zdołali jednak w krótkim czasie ponownie uruchomić. Brano pod uwagę wybudowanie w Golinie nowej parowozowni, ale planów tych nie zrealizowano.

W latach okupacji wybudowano nowe zasieki węglowe wyposażone w obrotowe dźwigi węglowe, kanały rewizyjne oraz budynek suszarni piasku wraz z instalacją do napiaszczania parowozów. Przy wiadukcie powstał piętrowy budynek administracyjno-socjalny oraz 3-stanowiskowy garaż remizy strażackiej. Do hali dobudowano piętrowy budynek dyspozytorni wraz z noclegownią oraz myjnię kotłów parowozowych na gorąco. Dawna noclegownia zyskała 2 piętro i z funkcji noclegowej przekształcono ją częściowo na mieszkalną.

Z Orzechowa do Jarocina ułożono 16-kilometrowy przewód wodny doprowadzający wodę do tankowania parowozów z rzeki Warty. Przy moście kolejowym w Orzechowie powstała pompownia, która pod ciśnieniem 10 Atm tłoczyła wodę do kolejowej wieży ciśnień w Jarocinie. W razie awarii elektrowni kolejowej wykorzystywano agregat prądotwórczy o mocy 150 kW zainstalowany w orzechowskiej stacji wodnej. Wcześniejsza studnia głębinowa pozostała już tylko jako rezerwowa. Wycofujące się w 1945 roku wojska niemieckie wysadziły wieże wodne na stacji i w parowozowni, obrotnicę lokomotyw, dwa dźwigi węglowe oraz sześć parowozów. Wraz z wyzwoleniem Jarocina przystąpiono do usuwania zniszczeń wojennych. Prawdopodobnie wówczas powstał po drugiej stronie wiaduktu torowy trójkąt do obracania parowozów. Do końca lat 40-tych ub. wieku zabudowano poniemiecką, obrotnicę przegubową o długości 22 metrów.

W latach 50-tych wybudowano kotłownię. Tuż po zakończeniu wojny na stacji wzniesiono wieżę ciśnień o konstrukcji żelbetonowej, która zaopatrywała w wodę cały węzeł kolejowy.

Po wojnie w Parowozowni Jarocin stacjonowało (wraz z delegacjami) 25 serii parowozów tj.: 140A i 140C (francuskie serie lokomotyw, które nie otrzymały polskich oznaczeń), OKl2, TKp1, Ti2, Ti4, TKi3, TKt1, TKt3, Tp4, Pd4, Pd5, OKi1, OKi2, Ok1, OKo1, Tr203, Cn2 (typ), Ty1, Ty2, Ty23, Ty43, Ty45, Ty5, TKt48. W szczytowym okresie na ilostanie parowozowni znajdowało się 60 lokomotyw i ponad 500 pracowników.

W roku 1961 do stacji Jarocin przedzielono na eksploatację obserwowaną wyprodukowane w ZNTK Ostrów Wlkp. trzy prototypowe wagony pasażerskie typu 2AM, 3AM oraz 4AM, które powstały na bazie posiadanych przez PKP dwu, trzy i czteroosiowych wagonów z drewnianym pudłem. Wagony te prawdopodobnie przez okres 12-miesięcy jeździły z jarocińskimi parowozami. W połowie lat 70-tych nastąpił okres realizacji znaczących inwestycji. Powstały m.in. nowe obiekty wagonowni, niewydajne piece w kotłowni zastąpiono zabudowanym obok kotłem od parowozu, wybudowano budynek elektryków (pod zegarem), szkołę maszynistów oraz przygotowując się na pojawienie lokomotyw spalinowych, podniesiono dach hali parowozowni nad 24 stanowiskami.

Pierwsze cztery stanowiska ze względu na stacjonowanie w nich głównie wygaszonych parowozów, miały w najlepszym stanie technicznym stalową konstrukcję dachową. W związku z tym wydzielono tam nowoczesny warsztat napraw kapitalnych obrabiarek dla poznańskiej Dyrekcji PKP. Zachowany fragment oryginalnej hali posiadał do lat 80-tych ub. wieku przeszklone, półkoliste u góry bramy wjazdowe do hali. Pozostała część lokomotywowni otrzymała bramy prostokątne z wykonane z ryflowanej „płyty obornickiej”.

W zasiekach węglowych dla usprawnienia nawęglania parowozów ustawiono dwa nadwozia typu „talbot” (ich załadunek za pomocą dźwigu EDK-80) oraz ze względu na brak odpowiednich zgód porzucono rozpoczętą budowę stacji paliw, która powstała ostatecznie po drugiej stronie wiaduktu, przy górce rozrządowej. Pierwsza lokomotywa spalinowa pojawiła się na stanie parowozowni w 1968 r. Była to SM30-087. W następnych latach doszła seria SM42. Obie serie do 1988 roku liczyły łącznie 5 sztuk (lokomotywa serii SM30 pracowała w pociągu sieciowym, zaś SP30 prowadziła pociąg nazywany „klapkami” z wagonami boczniakami do Wrześni). Tegoż roku w lokomotywowni pojawiły się również serie ST43 i ST44 (ST44 w latach 1988-1989). Stosunek parowozów do spalinowozów wynosił wówczas 40 do 16.

W MD Jarocin stacjonował pług odśnieżny typu 411S i krótki skład pociągu pożarniczego. Natomiast do prac manewrowych wykorzystywano lokomotywę SM03 oraz akumulatorowy ciągnik szynowy typu EL 16. Realizowane na terenie lokomotywowni procesy technologiczne wiązały się wybudowaniem przy wagonowni zadaszenia nad stanowiskiem z podnośnikami Kutruffa oraz suwnic z elektrowciągarkami przy wagonowni i hali lokomotywowni. Na przełomie lat 70-tych i 80-tych wzniesiono piętro nad przyległym do hali budynkiem tokarni zestawów kołowych i warsztatów ślusarskich, tworząc tam zaplecze socjalne. Zlikwidowano również kolejne 6 stanowisk postojowych w hali, rozszerzając zaplecze warsztatowe.

Warto wspomnieć, iż w latach 80-90-tych ub. wieku we współpracy z DOKP Poznań i Politechniką Poznańską w lokomotywowni powstało wiele projektów racjonalizatorskich, takich jak np. maszyna do kostkowania sody kaustycznej, wagon do strącania oblodzenia sieci trakcyjnej, jedno z dwóch stworzonych w kraju podwozi kolejowych do samochodu marki Tarpan Honker, opuszczane głowice masztów oświetleniowych dla stacji towarowej Poznań Franowo oraz szereg urządzeń do naprawy i utrzymania lokomotyw (np. zapadnię zestawów kołowych). Projektami tymi kierował emerytowany naczelnik jarocińskiej parowozowni – Józef Adamkiewicz. Wiosną 1992 roku zakończono eksploatację parowozów w jarocińskiej lokomotywowni, która należała do ostatnich enklaw pary w kraju. W 1994 roku silna wichura zerwała ponad połowę połaci dachowej hali. W związku z mniejszym wykorzystaniem jarocińskich lokomotyw, jak i z brakiem potrzeby utrzymywania tak dużego obiektu, zadaszenie pozostawiono wyłącznie nad częścią warsztatową hali oraz 6 stanowiskami postojowymi.

Nad pozostałą częścią hali konstrukcję stalową dachu rozebrano. Przetrwały jedynie mury okalające nazywane przez kolejarzy „colosseum”. Od tego czasu nastąpił okres stopniowej likwidacji lokomotywowni. Rozebrano myjnię kotłów parowozowych, wolnostojące budynki magazynowe oraz przyległy do hali budynek dyspozytorni, z którego pracowników przeniesiono do zmodernizowanych pomieszczeń po tokarni zestawów kołowych. Tam również przeniosła się na początku XX w. bardzo ograniczona administracja lokomotywowni. Pod koniec lat 90-tych upadła wagonownia i kolejowa straż pożarna oraz samochodownia (zlokalizowana przy studniach głębinowych, na terenie między górkami rozrządowymi), która zajmowała się m.in. obsługą karetek kolejowej służby zdrowia.

Po roku 2000 likwidacji fizycznej ulega infrastruktura zewnętrzna wagonowni, żurawie do nawadniania i dźwigi stacjonarne do nawęglania parowozów oraz nastawnia za zasiekami węglowymi wraz grupą torów odstawczych dla wagonów. Pomieszczenia warsztatowe i archiwum w dawnym budynku noclegowni oddano na cele mieszkaniowe pracownikom PKP. Dawny budynek administracyjny parowozowni wraz ze szkołą maszynistów, PKP przekazało Gminie Jarocin z przeznaczeniem na mieszkania socjalne.

Nie mogąc się przyglądać dalszej degradacji obiektów dawnej parowozowni, w 2009 roku Towarzystwo Kolei Wielkopolskiej rozpoczęło prace adaptacyjne niewykorzystywanego przez PKP terenu do celów wystawienniczych, tworząc ekspozycję zgromadzonego przez siebie zabytkowego taboru kolejowego.

Dnia 21 grudnia 2010 roku Spółka PKP CARGO opuściła zabudowania jarocińskiej lokomotywowni, kończąc w ten sposób 121-letnie zarządzanie nią przez państwowe koleje. Od tego momentu dzięki współpracy z Gminą Jarocin i PKP S.A. całym kompleksem administruje TKW. W 2011 roku na wniosek towarzystwa PKP S.A. dokonało geodezyjnego wydzielenia działki, na której znajduje się dawna parowozownia. Dnia 7 marca 2012 roku Minister Kultury i Dziedzictwa Narodowego zaakceptował regulamin założonego przez TKW- Muzeum Parowozownia Jarocin, nadając mu jednocześnie status muzeum. Przez cały czas prowadzone są prace adaptacyjne terenu do celów wystawienniczych oraz bieżące remonty pomieszczeń, instalacji, pokrycia dachowego oraz torowiska. Rozbudowywana jest również instalacja alarmowo-monitorująca, która wspiera ochronę muzeum i jego zbiorów.

Wieloletni plan rewitalizacji kompleksu parowozowni zakłada częściową odbudowę dawnych nieruchomości i infrastruktury, dostosowanie ich do eksploatacji i utrzymania czynnego taboru oraz ekspozycji wszystkich zgromadzonych eksponatów. Projekt zakłada również powstanie na terenie muzeum szlaku kolei wąskotorowej o prześwicie toru 600 mm, toru kolejki parkowej o prześwicie toru 250 mm, wystawy w części zasieków węglowych galerii rzeźby i graffiti, rozbudowę układu torowego pod półotwartą halę wystawową oraz pod przebudowany na dworzec JAROCIN PAROWOZOWNIA dawny budynek wagonowni, przed którym z posiadanych oryginalnych materiałów powstanie peron wraz z wiatą. Całość uzupełni ustawienie drewnianych słupów oświetleniowych i kształtowej sygnalizacji Sterowania Ruchem Kolejowym.