陕甘宁边区机器厂的前身是随中央红军长征到达陕北的红军兵工厂。当时仅有工人21名，生产工具只有老虎钳子2把，锉子4把，风箱1个。
    1935年11月，红军兵工厂和西北苏区的兵工队伍合并，组建了兵工厂。厂址设在瓦窑堡城西的十里铺(今属子长县栾家坪乡)。郝希英任厂长，周鉴祥任政委，赵俊任党支部书记。兵工厂下设翻砂、烘炉、机械、木工、制图、子弹、完成等生产部门。生产项目有枪械修理，复装子弹制造手榴弹等。
    1936年1月，为配合红军东征，兵工厂迁至永坪镇(今属延川县)。在此期间，兵工厂制造了大批造船用具，并研究制造了黑火药和起爆药。5月，为配合红军西征，又迁至柳河湾(今属吴旗县洛源乡)。
    美国著名记者斯诺在1936年8月底，曾参观了这个工厂，并在《红星照耀中国》作了记述。
    1937年1月，兵工厂迁驻延安城东的柳树店村(今属延安市川口乡)。这时，周鉴祥任厂长，张永励任政委。1938年2月，上海利用五金厂的沈鸿和7名技术工人带着车床、刨床、铣床、钻床等10部机器，辗转来到延安，被分配到兵工厂。
    1938年3月，兵工厂迁至杏子河川的茶坊村(今属安塞县招安乡)，正式改名为陕甘宁边区机器厂。边区军工局副局长李强兼任厂长。厂内分设机器制造部和枪械修理部。机器制造部为边区各军用和民用的公营工厂，先后制造出一批车床、铣床、刨床和钻床、砂轮机等。并且为边区一些民用公营工厂提供了通用和专用设备400余部。同时，为扩大本厂生产能力，成功地制造了六角车床、八呎元车、螺旋压力机和弹簧锤等机器。枪械修理部在1938年11月，突击6天6夜，将两挺马克沁机枪改装成高射机枪，架设在宝塔山上，为打击轰炸延安城的日本轰炸机作出了贡献。1939年4月26日，枪械修理部又自行设计制造出七九步枪，并暂名为“无名式马步枪”。在同年5月1日举办的陕甘宁边区工业展览会上，边区机器厂获特等奖，“无名式马步枪”获甲等奖，沈鸿、刘贯福、孙云龙获劳动英雄称号。
    1941年，军工局由安塞茶坊迁回延安城北大砭沟(文化沟)。边区机器厂仍留在茶坊村，沈鸿继任厂长。1942年，毛远耀调任厂长，沈鸿任总工程师，钱志道任副总工程师，徐驰等为工程师。
    为了培养具有专业技术的管理干部和精通业务的技术工人，该厂还开办了不脱产的职工业余学校。根据干部工人文化程度，业余学校从扫盲识字到高中、大专均开设班级。教师由厂里的专业技术人员担任。
    1942年底，边区机器厂改建为工艺实习厂，下辖一分厂(机器制造)、三分厂(弹药)、四分厂(化工)。之后，工厂进行了大规模的技术革新活动。翻砂股长蒋应川和副股长赵占魁研究用古铜钱制成了子弹壳。沈鸿成功地设计制造了造炮弹的专用机器和简易翻砂机，提高工效5倍。钱志道试制成功氯酸钾，使边区火柴工业所需原料达到完全自给。一分厂还于1942年底，成功地制造了60毫米口径的掷弹筒，射程比日军50毫米掷弹筒远200米。到1943年，这种掷弹筒最高月产量达到120门。边区机器厂为我军兵工事业的发展做出了不可磨灭的贡献。
    1947年初，工艺实习厂人员随军撤离。
    边区机器厂在安塞茶坊村旧址，现保存有部分土窑洞和石砌机房。