民國三十四年
臺灣公路，於民國34年10月臺灣光復後由前臺灣省行政長官公署工礦處接管。並於民國34年11月14日成立公共工程局掌管全省公路工程、河川治理與防洪、上下水道、建築管理都市計畫等範圍，公共工程局設公路工程組全盤負責。
而本分局成立於民國34年11月，當時隸屬於臺灣省行政長官公署公共工程局第六工程處，民國36年6月改隸臺灣省政府建設廳公共工程局第二區工程處，工程處設於臺中，下設三個工務段、保養場及機械施工隊，一段設臺中、二段設埔里、三段設水上。
民國三十五年~民國三十七年
民國36年4月22日行政長官公署改制為臺灣省政府後，同年5月16日公共工程局改隸臺灣省政府建設廳；同年6月置於該廳公共工程局第二區工程處，工程處設於臺中，下設三個工務段、保養場及機械施工隊，一段設臺中、二段設埔里、三段設水上。嗣因地方政府囿於人力及財力限制，致養路成效不彰，於民國37年2月將省道養護工作改由省政府直接辦理。
民國三十八年
民國38年正月臺灣省政府成立，同年10月1日改屬臺灣省政府交通處公路局第二區工程處。處設於臺中市西區三民里三民路104號（後經門牌整編改為：臺中市西區三民里三民路一段187號），下設4個工務段、一段設臺中、二段設埔里、三段設水上，四段設大湖（係中豐公路完成後增設）。
民國38年10月公共工程局奉令裁撤將原經管之公路工程部門歸併於公路局隸屬臺灣省政府交通處。
民國四十一年
民國41年正月，因工程業務繁忙將水上工務段劃併新成立第五區工程處斗南工務段歸其管轄。民國41年7月為配合接管代養重要縣鄉道，加強養路組織，工程處增設副處長及巡查工程司各1人，工務課增設養護股，工務段增設副段長，並重新調查各工務段養護路線。設苗栗、臺中、彰化、南投工務段。
民國41年12月長1,938公尺寬 7.4公尺台1線西螺大橋完工通車後，因修建經費係美援贈款其附帶條件為收取通行費作為該橋養護費用，爰於民國42年辦理該橋通行費用之收取為本省橋梁收費之始。後續尖豐公路、草埔公路均以收取通行費作為該路橋養護費用。
民國四十三年
民國43年3月臺灣省公路局第二區工程處辦公大樓
相片提供人：施國元先生攝影於民國43年3月
民國四十九年
民國49年5月中部橫貫公路開闢完成後，為辦理經常性養護工作，於49年7月增設第五至第七工務段(段址分設梨山、谷關及霧社)。
民國五十四年
公路局於54年7月將各路橋徵收之通行費合併成立「公路建設基金」將收取通行費作為獲取資金將收費業務納入正軌，此項「公路建設基金」於69年12月與「港灣基金」合併成立「交通建設基金」後續大甲溪橋、大安溪橋、中彰溪橋、自強大橋、南雲大橋、彰雲大橋、集集大橋、蘭勢大橋、延平溪頭公路均為「交通建設基金」。
民國六十九年
臺中市西區三民里三民路一段187號69年建
民國七十三年
民國73年12月成立「員林工務所」(隸屬公路局新工工程處)，辦理二水與田中中南路立體交叉工程及王田交流道聯絡道路工程業務。
民國七十六年
民國76年11月成立「台一線第一工務所」(隸屬公路局新工工程處)，辦理台一甲線甲南龍井段瓶頸公路改善工程業務。
民國76年12月成立「濱海工務所」(隸屬公路局新工工程處)，辦理台17線西部濱海公路(彰化)新闢及拓寬工程業務。
民國七十七年
民國77年3月於信義成立「第七工務段」，接辦「臺灣交通處公路局新橫貫公路水里玉山闢建工程處」裁撤後之台21線養護工程。
民國七十八年
民國78年3月成立「卓蘭工務所」(隸屬公路局新工工程處)，辦理台3線卓蘭至東勢段拓寬改善工程。
民國78年6月成立「濱海第二工務所」(隸屬公路局新工工程處)，辦理台17線西部濱海公路(王功)新闢及拓寬工程業務。
民國七十九年
民國79年3月1日「員林工務所」因階段性任務完成裁撤。
民國79年3月成立「台一線第二工務所」及「台一線第三工務所」(均隸屬公路局新工工程處)，分別辦理台一線後龍111k+113至甲南155k+404段拓寬工程及內湖88k+131至後龍111k+113段拓寬工程業務。
民國八十年
民國80年5月1日「濱海工務所」及「濱海第二工務所」改隸至西部濱海公路新西螺橋工程處，人員隨同移撥。
民國80年6月15日成立「三灣工務所」(隸屬公路局新工工程處)，辦理台三線縱貫公路改善計畫竹苗縣界至卓蘭工程業務。
民國八十一年
民國81年9月成立「台一線通霄工務所」(隸屬公路局新工工程處)，辦理西濱快速道路銜接段33k+200-58k+012道路橋梁新建工程業務。
民國八十三年
民國83年1月為辦理台3線工程需要成立「大湖工務所」(隸屬公路局新工工程處)專責辦理獅潭至南湖間工程。
民國83年6月30日「台一線第二工務所」因階段性任務完成裁撤。
民國八十四年
民國84年6月30日「三灣工務所」因階段性任務完成裁撤。
民國八十六年
民國86年3月1日「台一線通霄工務所」因階段性任務完成裁撤。
民國86年4月1日，本分局七個工務段按駐地更名為：苗栗、臺中、彰化、南投、谷關、埔里、信義等工務段。
民國八十七年
民國87年6月1日本分局搬遷於臺中市西區藍興里大全街127號。
民國八十八年
民國88年7月1日公路局組織改隸中央直屬交通部，臺灣省公路局第二區工程處改名為交通部公路局第二區工程處。
民國九十一年
民國91年1月30日交通部公路局更名為交通部公路總局，本分局改名為交通部公路總局第二區養護工程處，所轄工務所改隸工程處。
民國91年2月15日「卓蘭工務所」因階段性任務完成裁撤，另為辦理桃芝風災造成台21線及149線等16座橋梁災害復建工程需要於是日成立「名間工務所」。
民國九十三年
民國93年10月機械施工隊裁撤，另成立員林工務段辦理東西向快速公路漢寶草屯線八卦山長隧道通車後之維護與管理。
民國九十四年
民國94年3月「大湖工務所」階段性任務完成裁撤。
民國九十六年
民國96年7月6日「名間工務所」因階段性任務完成，另為辦理台3線蘭勢橋及台13線后豐大橋橋改建工程需要，於是日成立「卓蘭工務所」。
民國一0七年
民國107年1月15日機關修編，人事制度由交通資位制改為簡薦委制，「卓蘭工務所」同日裁撤，人員及業務併入臺中工務段。
民國一0八年
民國108年12月20日臺中工務段所轄臺中市山線、海線及屯區城鎮，因轄線幅員廣闊，為便利養護工程施工、指揮養護工作及防救災縮短道路搶修時效完成之業務需要，成立東勢監工站。
民國一一二年
民國112年8月1日南投工務段為便利養護工程施工及因應防救災即時應變需要，成立國姓監工站。
民國112年9月15日因應行政院組織改造，組織修編由「交通部公路總局第二區養護工程處」更名為「交通部公路局中區養護工程分局」。
民國一一二年至今
現行本分局組織銜稱為「交通部公路局中區養護工程分局」，內部計有企劃科、工務科（內設品檢小組1個任務編組）、養護科(內設挖管小組1個任務編組)、職安科（原名勞安科，因應112年9月15日組織更名修正）、產管科(內設發包小組、保養小組等2個任務編組)等5科、交通管理及控制中心(內設交通小組、資訊小組及防救災應變小組等3個任務編組) 1中心及秘書室、人事室、主計室、政風室等4室；外部設苗栗工務段、臺中工務段、彰化工務段、南投工務段、谷關工務段、埔里工務段、信義工務段、員林工務段等單位。