小牛田運輸区
石巻線
気仙沼線
陸羽東線
陸羽西線
羽越本線(余目 - 酒田間)
東北本線(仙台 - 小牛田間)
仙石線(高城町 - 石巻間) 仙石線が東日本大震災により被災し、全線復旧(仙石東北ライン開業)するまでの間は、陸前小野・矢本 - 石巻間でキハ110系気動車が暫定的に使用されていた。
1913年(大正2年)4月20日 - 小牛田機関庫開設。
1936年(昭和11年)9月1日 - 小牛田機関区に改称。
1959年(昭和34年)11月1日 - 仙台車掌区小牛田支区を小牛田車掌区に改称。
1960年(昭和35年)3月1日 - 陸東・石巻線管理所発足に伴い、小牛田機関区、小牛田車掌区、小牛田客貨車区を編入。
1971年(昭和46年)3月1日 - 陸東・石巻線管理所廃止に伴い、小牛田機関区、小牛田車掌区を再設置。
1985年(昭和60年)3月14日 - 小牛田車掌区を仙台車掌区小牛田派出に改称。
1987年(昭和62年)4月1日 - 東日本旅客鉄道に継承。
1989年(平成元年)3月11日 - 小牛田運転区・仙台車掌区小牛田派出を統合し、小牛田運輸区発足。
1998年(平成10年) - キハ58系の置き換え用として、キハ110系200番台を配置。
1999年(平成11年) - キハ58系がキハ110系200番台へ完全置き換え。
2011年(平成23年)7月16日 - 運転を再開した仙石線矢本 - 石巻間で当区のキハ110系が使用開始。
2013年(平成25年) - 創立100周年。
2015年(平成27年) - 同年開業の仙石東北ライン用として、HB-E210系を配置。
2015年(平成27年)5月30日 - 仙石線復旧・仙石東北ライン開業に伴い、仙石線から当区のキハ110系が撤退すると同時に、石巻線全線で運転を開始し、当区のキハ40系(一般用)を置き換え。
2023年(令和5年) 6月1日 - 小牛田運輸区の運輸部門(運転士・車掌)を小牛田統括センターに、検修部門を仙台車両センター小牛田派出所に分離。
震災前までは本吉始発気仙沼行きの列車(平日・土曜日に運転)が設定されており、その列車は2009年3月改正まではワンマン運転を実施していた(3両編成中の前1両のみで、後2両は回送扱い)が、2010年3月改正で後運用となる「南三陸2・3号」が4両編成化されたことに伴い、下り始発列車も4両編成で運行されることになりワンマン運転は中止された。0番台・100番台とも側面行先表示器はLED式に改造されている。0番台は一時配置が無かったが、2021年3月29日付でキハ111・112形0番台2両編成1本(キハ111-3・112-3)が盛岡車両センターから転入している。 150番台は盛岡車両センターから2011年に転入した。ワンマン機器搭載車で盛岡車両センターから小牛田運輸区へ転入時は機器が水郡線営業所時代のままで陸羽東線・陸羽西線・石巻線・気仙沼線対応となっていなかった(運賃表示器は灰色のカバーで覆われていた)ため当初は車掌乗務列車に運用されていたが後に盛岡転入時に取り付けた運転台部分の転落防止幌および衛星携帯電話の撤去,ワンマン機器再取付が実施され現在は100・200番台と陸羽東線・陸羽西線・石巻線・気仙沼線で共通運用されている。 200番台は陸羽東線・陸羽西線を中心に運用される。震災前はまれに快速「南三陸」の運用に充当されることもあった。全車両がワンマン運転に対応している。当区の200番台は独自の塗装で、キハ110形は窓下に黄色のライン、キハ111・112形は窓下に赤のラインをそれぞれ配しているのが特徴(標準色で導入された車両も後に変更された)である。キハ110-243・244・245の3両は、沿線の景色を楽しめるように1人掛けクロスシートが回転可能であり、窓側に向けて固定することも可能な構造となっている。