ПАО «МТЗ» исторически берет свое начало от термического цеха завода имени Ильича, где термообрабатывалась и правилась броня.
Позднее цех получил наименование цех № 36. В нем производились конвертеры, засыпные аппараты, химические реакторы. В 1970 году освоена штамповка днищ для цистерны.

В связи с конверсией большинство военных заказов ушло. 20 января 1994 года Приказом № 62 Минтяжпрома на базе концерна «Азовмаш» создается ОАО «Азов», куда не вошли цех № 36 «Азовобщемаша», ГСКТИ. Цех № 36, ставший Мариупольским термическим заводом получает статус государственной фирмы. Первым директором назначен А.И. Иванец. В 1997 году на базе госпредприятия МТЗ создается ОАО «МТЗ».

В числе основных работ сборка-сварка и наплавка изделий металлургического оборудования (доменного и конвертерного), штамповка деталей для вагонов (днища, закладные листы). После ввода в «Азовэлектростали»  формовочной линии для крупного вагонного литья МТЗ поручается термообрубка и термообработка боковых рам.

В 2007 году имущество термического завода передается в аренду. На его базе создаются 2 цеха: цех № 136, вошедший в «Азовобщемаш», где изготавливаются изделия тяжелого и общего машиностроения, и цех № 103 «Азовэлектростали», занимающийся термообрубкой.

С 19 мая 2010 года председателем правления – генеральным директором ОАО «МТЗ» избирается В.И. Телыця.

В 2011 году ОАО «МТЗ» преобразуется в ПАО «МТЗ». Его генеральным директором избран В.И. Телыця.

В 2016 году ПАО «МТЗ» переименовано в ЧАО «МТЗ».

С мая 2016 года Генеральным директором Общества назначен Ализаев Гия Тенгизович.