1951年1月17日成立南宁机务段。刚开始时该段接入**批KD5型蒸汽机车12台。

1962年配属JF11型12台、KD6型5台、PL9型2台、KD51型2台，共计21台。

1986年，南宁机务段所有正线牵引货物列车的机车更换为国产前进型蒸汽机车和建设型蒸汽机车。1990年配属机车42台，其中QJ(前进)型17台、JS(建设)型25台。

1992年，为适应客运工作需要，铁道部调配南宁机务段东风4型内燃机车2台，准备用于南宁——凭祥间客车牵引。

1997年9月在南昆铁路使用韶山3、韶山7、韶山7B、韶山7C等电气化机车。

在2012年，南宁机务段从柳州机务段接收了东风4B型（主要是货运型机车，也有部分客运型机车，但配属于南宁段的东风4B型客运型机车只负责湘桂铁路南宁到凭祥段客运列车交路）、东风4C型、东风4D型（包括4000系货运型和7000系货运型）