Підприємство засноване 1895 року поруч із харківським Балашовським вокзалом як паровозобудівний завод, і було одним із найбільших у Російській імперії та СРСР. 5 (17) грудня 1897 — завод випустив перший український паровоз (останній у Харкові випустили у 1968 році).
Згодом стали випускати двигуни (з 1911 р.; зокрема, дизель-генератори), сільськогосподарську (1909) та вугледобувну техніку (з 1922 р.; зокрема, рудникові електровози), трактори (1924), тепловози, танки та тягачі (1927). У жовтні 1922 року, після відновлення, введені в експлуатацію шість цехів паровозобудівного заводу.
Під час Другої світової війни завод евакуювали на Урал, згодом, після того, як СРСР встановив контроль над Харковом — повернули (майно частково лишилося). Бронетанкобудування стало пріоритетним напрямком у діяльності підприємства. Вже в довоєнний період підприємство почало виготовляти середні танки Т-34 та танкові двигуни В-2.
Найзначнішою подією за часи незалежності України стало виконання пакистанського танкового контракту (1996—1999), коли було виготовлено 320 бойових машин. Це був перший вагомий вихід за кордон військово-промислового комплексу незалежної України.
Нині завод спільно зі своїми партнерами — конструкторськими бюро пропонує і реалізує на зовнішньому ринку бронетехніку: основні бойові танки Т-84У «Оплот», бронетранспортери БТР-3 та БТР-4, здійснює модернізацію танків, випущених у колишньому СРСР — Т-54, Т-55, Т-62, Т-64, Т-72, Т-80; бронетранспортерів — БТР-60, БТР-70.
Також підприємство виробляє продукцію сільськогосподарського машинобудування, двигуни, трактори, тягачі та бронетехніку. Спільно із заводом працюють два харківські спеціалізовані конструкторські бюро: КП Харківське конструкторське бюро машинобудування і КП Харківське конструкторське бюро двигунобудування.
У вересні 2011 року між ДК «Укрспецекспорт» та оперативним управлінням Королівської Тайської армії було укладено контракт щодо поставки до Таїланду 49 одиниць основного бойового танку «Оплот». Загальна вартість контракту перевищує 200 млн доларів США. Виконання зазначеного контракту розпочато у квітні 2012 року[1].
Станом на 2001 рік на заводі працювали 10 600 осіб.
У липні 2017 року керівництво заводу поширило повідомлення, про те, що у 2018 році за виробничою програмою агрегатний завод буде дуже завантажений, при цьому майданчик дизельного заводу буде недостатньо задіяний. Аби не відволікати агрегатний завод від основного виробництва, було прийняте рішення перенести випуск енергоагрегатів на основний майданчик підприємства і відновити складальну ділянку на базі дизельного заводу[2].
У листопаді 2017 року фахівці заводу приступили до капітального ремонту пакистанських Т-80УД[3].
У червні 2018 року на підприємстві завершується підготовка обладнання для локалізованого виробництва корпусів для БТР-4. Крім того, підприємство готується й до виготовлення корпусів для БТР-3Е — для них вже закуплено відповідні стенди та кантувач. Його реалізація буде діяти паралельно з виробництвом важкої бронетехніки. Раніше виробництво корпусів цих бронетранспортерів виконувалось на «Лозівському ковальсько-механічному заводі»[4].
8 серпня 2018 року розпочалося зварювання першого експериментального корпусу бронетранспортера БТР-4. Окрім виробництва корпусу БТР-4, вже готуються до зварювання експериментального корпусу БТР-3[5].
У лютому 2019 року завод опанував та розпочав серійне виробництво нових гусениць для БМП зі спеціальних сталей українського виробництва[6].
29 травня 2019 року, через спробу змінити керівництво підприємства, відбувся багатотисячний мітинг на підтримку директора заводу Олександра Хланя[7][8]
Оприлюднена фінансова звітність ДП «Завод імені В. О. Малишева» (ЗІМ) за 2019 рік показує падіння чистого доходу від реалізації продукції (послуг) на 85 % — 385 млн грн поти 2,5 мільярдів у 2018 році. Падіння чистого прибутку за результатами 2019 року склало 185 % — 421 млн грн збитків проти 449 мільйонів прибутку попереднього року[9].
При цьому прибуток від реалізації готової продукції склав 335 млн грн, від робіт та надання послуг (ремонт) — 40,4 млн грн[9].
Відстутність зростання обсягів виробництва у 2019 році, на підприємстві пояснюють завершенням виконання контракту з виготовлення танків БМ «Оплот» в інтересах Таїланда. За 2019 рік завод виконав роботи з відновлення чотирьох танків БМ «Булат»[9].
Відповідно із річним звітом за 2019 рік, на 2020 рік пакет замовлень мав скласти близько 2 млрд грн. Завод імені В. Малишева розраховував на виготовлення запчастин для танків, двигунів та МТВ з двигуном 6ТД-2 для Пакистану, виготовлення корпусів для БТР-3, БТР-4, гусениць для БМП, ремонт бронетехніки для Збройних Сил України та Національної гвардії[9].
Загальна кількість працівників на 31 грудня 2019 року складала 3521 особу[9].
Станом на початок 2022 року загальна сума підписаних контрактів перевищила 3,4 млрд грн, тривало виконання замовлення на ремонт парку танків Т-80УД. Цей контракт на суму $85,6 млн був підписаний у лютому 2021 року з Ісламською республікою Пакистан.