20世紀初，國外開始探索試製內燃機車。1924年，蘇聯製成一台電力傳動內燃柴油（yóu）機車，並交（jiāo）付鐵路使用。同年（nián），德國用柴油機和空壓縮（suō）機（jī）配接，利用（yòng）柴油機排（pái）氣餘熱加熱壓縮空氣代替蒸汽，將蒸汽機車改（gǎi）裝（zhuāng）成為空氣傳動內燃機車。1925年（nián），美國將一台220千瓦電傳動內燃機車投入運用，從事調車作業。30年代，內燃機車進入試用階段，30年代後（hòu）期，出現了一些（xiē）由功率為900～1 000 千瓦單節機車多節連掛的幹線客運內燃機車。第二次世界大戰以後，因柴油機的性能和（hé）製（zhì）造技術迅速提高，內燃機車多數配裝了廢氣渦輪增壓係統，功率比（bǐ）戰前提高約50%，配置直流電力傳動裝置和液（yè）力傳動裝置的內（nèi）燃機車的發展加快了，到（dào）了20世紀50年代，內燃機車（chē）數量急（jí）驟增長。60年代期，大功率矽整流器（qì）研製成功，並應用於機車製進，出現了交—直流電力傳動的2 940 千瓦內燃（rán）機車。在（zài）70年代，單柴油機內燃機車功率已達到4 410千瓦。隨著電子技術的發展，聯邦德國在（zài）1971年試製出1 840 千瓦的交一直一交（jiāo）電力傳動內燃機車，從而為內燃機車和電力機車的技術發展提供了新的（de）途徑。內燃機車隨後的發展，表現為在提高機車的可靠性、耐久性和經濟性，以（yǐ）及防止汙染、降低噪聲等方麵不斷取得新的進展。

中國從1958年開始製造內燃機車，先後有東風型等3 種型號機車最早投入批量生產。1969年後相繼批量生產了東風4等15種新機型，同首要代內燃（rán）機車（chē）相比較，在功率、結構、柴油機熱效率和傳動裝（zhuāng）置效率上，都有顯著提高；而且還分別增設了電阻製動或液力製動和（hé）液（yè）力換向、機（jī）車（chē）各（gè）係統保護和故障診斷顯示、微（wēi）機控製（zhì）的功能；采用了承載式（shì）車體、靜液壓驅動等一係列新技術；機（jī）車可靠性和使用壽命方麵，性能有很大（dà）提高。東風11客運機車的速（sù）度（dù）達到了160 公（gōng）裏/小時。在生產內燃（rán）機車的同時，中國還先後從羅（luó）馬尼（ní）亞、法國、美國、德國等中國進口（kǒu）了不同數量的內燃機（jī）車，隨著鐵路高速化和重（chóng）載化進程的加快，正在進一步研究設計、開發與之相適應的內燃機車（chē）。