Полта́вский тепловозоремо́нтный за́вод (укр. Полтавський тепловозоремонтний завод) — завод в городе Полтава, выполняющий ремонт тепловозов для нужд железных дороги Украины, Белоруссии, России, Польши, Монголии, Кореи, стран Балтии.
 1 августа 1870 года было открыто движение на участке Кременчуг — Полтава, для обслуживания подвижного состава которой в Полтаве началось строительство главных паровозных мастерских Харьково-Николаевской железной дороги (завершившееся 15 марта 1871 года). Мастерские были построены на бывшем заболоченном участке прямо в горловине станции Полтава, неподалёку от вокзала. Цеха могли одновременно разместить 23 паровоза, в тендерном отделении шёл ремонт 6 тендеров, также шёл ремонт и на открытых путях. Уровень механизации работ был низким, срок ремонта паровоза растягивался на 100—190 суток.
 В 1883 году рабочие Полтавских железнодорожных мастерских провели первую забастовку в знак протеста против задержки выплаты заработной платы. 50 рабочих были уволены, а администрация временно закрыла мастерские. 21 апреля 1884 года рабочие мастерских провели вторую забастовку, поводом к которой стала несвоевременная выплата заработной платы и грубое обращение администрации. Эта забастовка имела организованный и массовый характер - около 600 рабочих остановили паровую машину, отказались работать и собрались на митинг во дворе мастерских. Вечером в Полтаву прибыл начальник железной дороги, деньги были выплачены, но впоследствии около 40 из принимавших участие в забастовке рабочих были уволены. 
 В 1887 году проведена была модернизация производства: увеличилось количество паровозных стойл, появилась скатоопускная канава. Число работников завода достигало 450 человек.
 В июле 1891 года в связи с введением новых правил приема на работу, ухудшающих условия труда и положение рабочих, а также устанавливающих 12-часовой рабочий день, рабочие мастерских начали новую забастовку, в результате которой установленный администрацией 12-часовой рабочий день был отменён.
 10 октября 1905 года рабочие железнодорожных мастерских прекратили работу, присоединившись к Всероссийской стачке. Вскоре к ним присоединились рабочие других предприятий города. 12 октября 1905 в «Канаве» (сборочном цехе Полтавских железнодорожных мастерских) состоялся митинг бастующих. Под контролем забастовочного комитета мастерские оставались до 23 декабря 1905 года.
 В марте 1918 года из рабочих железнодорожной станции и железнодорожных мастерских Полтавы был сформирован боевой технический отряд железнодорожников (200 человек, командир В. Шуляков), который 23 марта 1918 отбыл на фронт и совместно с подразделениями РККА участвовал в нескольких боях, а также занимался ремонтом железнодорожных путей, мостов, движимого состава и сформировал несколько новых ремонтных отрядов. 15 апреля 1918 почти все рабочие отряда погибли в бою с белогвардейцами под Мелитополем и были похоронены в братской могиле на станции Акимовка.
 В июле 1918 года рабочие мастерских принимали участие во Всеукраинской стачке железнодорожников и напечатали обращение ко всем рабочим о солидарности и усилении стачечной борьбы против немецко-австрийских оккупантов.
 В 1920 году при заводе было создано ремесленное училище, в 1922 году оно было реорганизовано в ФЗУ. Учащиеся ФЗУ работали на среднем и капитальном ремонте паровозов серий Ов и Э.
 С 1924 года проводилась техническая модернизация производства, его дооснащение. В 1926—1927 годах простой паровозов в ремонте сократился до 69-57 суток.
 В начале 1927 года началось переоборудование Полтавских железнодорожных мастерских в паровозоремонтный завод, в 1929 году мастерские были преобразованы в Полтавский паровозоремонтный завод. В результате, к 1930 году производительность труда предприятия была повышена на 33%, годовой план 1930 года был выполнен на 109,9%.
 В 1929—1930 годах было отремонтировано 240 паровозов. Кроме ремонта паровозов тринадцати серий завод занимался выпуском шнеков, элеваторов, асфальтовых котлов и дорожных катков, запчастей для тракторов. Срок ремонта паровозов сократился до 29,9 календарных дней. В 1931 году завод сумел ещё больше сократить простой и отремонтировать за год 421 паровоз.
 В 1938 году на Полтавском ПРЗ был освоен ремонт мощных паровозов ФД, ИС, СО.
 После начала Великой Отечественной войны многие рабочие мастерских ушли на фронт. В первые месяцы войны завод продолжая ремонтировать паровозы и освоил выпуск продукции военного назначения. В июле-августе 1941 года здесь был построен бронепоезд «Маршал Будённый».  
 В связи с приближением к Полтаве линии фронта, из рабочих был сформирован батальон народного ополчения. Кроме того, свыше тысячи рабочих участвовали в строительстве оборонительных сооружений в районе сел Головач и Малая Перещепина. В июле 1941 года начался демонтаж оборудования, осенью 1941 года завод был эвакуирован в Красноярск (на базу Красноярского паровозовагоноремонтного завода) и Иркутск. В период немецкой оккупации рабочие занимались саботажем, затягивали ремонт цехов завода и вывели из строя заводскую электростанцию, в результате планы оккупационных властей восстановить завод были сорваны.
 Завод серьёзно пострадал от немецких авианалётов ещё в 1941 году, а при отступлении в 1943 году немцы сожгли остальные цеха, в результате завод был разрушен на 97,5% и уцелело только 2,5% производственных площадей. Осенью 1943 года началось восстановление предприятия.
 В январе 1944 года в ходе реэвакуации промышленных предприятий в Полтаву были возвращены оборудование и рабочие мастерских, и в 1944 году ремонт паровозов в Полтаве был возобновлен. 27 февраля 1944 года вышло решение Государственного комитета обороны о восстановлении Полтавского паровозоремонтного завода. Автором проекта строительства стал харьковский инженер Е. М. Мушкин. Строительные и санитарно-технические работы осуществляла подрядная организация УВЗ-15. Первая очередь завода, в которую вошли реконструированный паровозосборочный цех, тендерный, линейный, механический, колёсный цеха, электростанция и некоторые вспомогательные объекты, была введена в эксплуатацию в июле 1944 года.
 Завод ремонтировал паровозы серий C, ФД, ИС, СО и выпускал запасные части для их ремонта. С 1963 года ремонтирует тепловозы ТЭ3, ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ116, М62. Кроме того, завод выпускает оборудование для ремонта вагонов и оборудование для станций реостатных испытаний тепловозов.
 В 1948 году завод достиг довоенного объёма выпуска паровозов из ремонта, в апреле 1949 - отремонтировал 10-тысячный паровоз. За успехи в ремонте паровозов и производстве запасных частей к железнодорожному оборудованию в 1949 году завод был награждён орденом Трудового Красного Знамени. Пятую пятилетку завод завершил досрочно, 24 августа 1950 года и до конца года отремонтировал сверх плана ещё 225 паровозов.
 В 1963 году завод отремонтировал последний паровоз, в декабре 1963 года - приступил к ремонту тепловозов и получил новое наименование: Полтавский тепловозоремонтный завод.
 В апреле 1970 года завод был внесён в Ленинскую юбилейную книгу трудовой славы.
 По состоянию на начало 1989 года, завод представлял собой предприятие с высокой степенью механизации производства, он ремонтировал современные локомотивы нескольких серий, изготавливал агрегаты и машины для механизации трудоемких процессов на железнодорожном транспорте, а также запчасти к сельхозмашинам, участвовал в строительстве зернохранилищ и механизированных животноводческих ферм.
 Подготовку квалифицированных рабочих кадров для завода осуществляло Полтавское СПТУ № 3. На балансе предприятия находились объекты социальной инфраструктуры: музей истории завода, поликлиника, водолечебница, санаторий в Алуште, база отдыха на Псле, пионерский лагерь, спортивное общество «Локомотив» (11 команд и секций) и стадион на 5 тысяч зрителей.
 После 1991 года в связи с потерей российского рынка завод значительно снизил объемы ремонта тепловозов.
 В 2007—2009 году завод выполнял заказы на капитальный ремонт грузовых тепловозов серии 2М62(У) для ОАО «РЖД». Продлевать сотрудничество с Полтавским ТРЗ ОАО «РЖД» не стало. В дальнейшем капитальный ремонт тепловозов серии 2М62(У) ОАО «РЖД» размещало в Уссурийском ЛРЗ и в ОАО «МЛРЗ „МИЛОРЕМ“».