臺北都會區大眾捷運系統工程建設之推動開始於民國64年，至民國75年4月行政院核定初期路網，同年6月27日本局籌備處成立，並於民國76年2月23日改制，捷運工程局正式成立，為臺北市政府之一級機關，依當時法制為一臨時性之派用機關。本局因擔負之工程建設任務艱鉅，為應業務需要，初期局本部內設五處、一中心、六室等十二單位，總員額562員。

• 78年3月22日：因應聯合開發、品質保證及營運業務之積極發展需要，奉行政院核准增設第六處、品保中心等二個單位，總員額增為740員。
• 80年4月8日：配合臺北都會區大眾捷運股份有限公司籌備處之成立，移撥本局原第五處、第六處員額188人至該處暨新增聯合開發、風險管理等業務，修正本局組織編制，奉行政院核定，內設十四個單位，總員額604人。
• 92年4月24日：捷運初期路網陸續完工通車，後續路網仍持續發展，惟不再出現多條路線同時興建，爰配合工程進展，進行組織重整，並經臺北市政府公布訂定（廢止）本局組織編制，總員額減為546人。
• 104年6月19日：因應派用人員派用條例廢止之日起3年內，修正組織法規為任用機關，啟動組織檢討。
• 107年6月1日：臺北市政府107年5月10日公布修正本局組織編制，將原七處七室，整併為六處五室，總員額再減為459人。另整併所屬東區、北區、南區及中區工程處為第一、二區工程處，機電系統工程處亦改制為任用機關。