В соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР №461 в феврале 1964 г. в Полтаве было начато строительство Полтавского завода «Химмаш», как наиболее крупного в СССР предприятия по выпуску крупногабаритного эмалированного оборудования для химической промышленности.
Официально биография и летоисчисление предприятия начинается с 21 апреля 1964 г., когда строители заложили первый кубометр бетона в фундамент завода «Химмаш», первым директором которого стал Всеволод Филиппович Нечипоренко. С 1 марта 1967 г. приказом министра химического и нефтяного машиностроения СССР №52 от 25.02.1967 г. Полтавский завод химического машиностроения включен в число действующих предприятий Главного управления химического машиностроения. К этому моменту завод «Полтавхиммаш» уже располагал главным производственным корпусом для выпуска эмалированных емкостей. Также к дате запуска завода в эксплуатацию силами созданного в г. Полтава в 1964 году научно-исследовательского конструкторско-технологического института эмалированного химического оборудования создана новая марка эмали для покрытия емкостей для химической и пищевой промышленности, не имеющая аналогов в мире. Первые две эмалированные емкости были выпущены заводом в ноябре 1967 года. К марту 1974 года завод «Полтавхиммаш» располагал полным производственным циклом, включая цех по приготовлению эмали.
С 1974 года руководил предприятием Лукьянов Борис Михайлович, девизом которого стала собственная фраза «Довести, доделать то, что не успел мой предшественник». Так, второй директор «Полтавхиммаша» не только продолжил работу по техническому оснащению производства, но и уделил огромное внимание созданию социальной инфраструктуры предприятия.
В 1983 году пост генерального директора занял Гаджала Петр Антонович, с именем которого связаны строительство производственного корпуса второй очереди завода (1984-1986 г.г.) и установка в нем гидравлического пресса усилием 2500 т, предопределившего дальнейшую судьбу «Полтавхиммаша».
Всего к 20-летнему юбилею «Полтавхиммаш» было изготовлено 11350 единиц крупногабаритного эмалированного оборудования объемом от 25 до 50 кубических метров для химической, пищевой, микробиологической и нефтяной промышленности. В 90-е годы кризисные явления в экономике, проявившиеся в разрыве долгосрочных хозяйственных отношений, повышении цен, отсутствии рынка сбыта промышленной продукции, не обошли «Полтавхиммаш». Приватизация предприятия 1994 года не принесла экономических дивидендов, и к 2001 году ОАО «Полтавхиммаш» было фактически доведено до банкротства.
Возрождение предприятия пришлось на 2006 г., когда у ОАО «Полтавхиммаш» появился перспективный заказчик – мариупольский «Азовмаш», для которого полтавское предприятие начало серийно выпускать котлы для нефтебензиновых вагонов-цистерн.
Новая страница биографии ОАО «Полтавхиммаш» связана с перепрофилированием предприятия на выпуск железнодорожных вагонов-цистерн. Так, начиная с конца 2006 года, собственниками завода принято решение о создании на производственных площадях ОАО «Полтавхиммаш» замкнутого цикла производства вагоностроения. Реализация данной программы предполагала наряду с модернизацией имеющихся мощностей котельного производства создание абсолютно новых производственных участков – сборки-сварки платформ, конвейерной сборки вагонов-цистерн, малярного отделения для покраски вагонов-цистерн. В январе 2007 года эту работу возглавил генеральный директор Хижак Виталий Антонович, за плечами которого был 25-летний опыт работы на машиностроительном гиганте «Азовмаш», и уже в феврале 2007 года с конвейера ОАО «Полтавхиммаш» сошли первые 10 вагонов-цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов модели 15-1519-02. За первый год истории ОАО «Полтавхиммаш» как вагоностроительного предприятия было произведено 520 газовых вагонов-цистерн. За 2007-2011г.г. модельный ряд выпускаемой продукции расширен до 7 моделей грузовых вагонов, каждый из которых сертифицирован и имеет сертификат соответствия РСФЖТ.
В то же время руководству предприятия удалось сохранить традиции производителя эмалированных емкостей: так, в 2009 году, выпустив впервые за многие годы эмалированные сборники объемом 33,6 куб. м для Нижнекамского нефтехимического завода, ОАО «Полтавхиммаш» доказало свою способность производить эту уникальную продукцию. Также за последние годы из цехов предприятия вышли изделия, являющиеся собственной конструкторской разработкой ОАО «Полтавхиммаш»: автоклавы с уникальными техническими характеристиками (диаметр 3 180 мм, длина 33 300 мм) для термовлажностной обработки в среде насыщенного водяного пара изделий из газобетона автоклавного твердения, емкости для наземного хранения сжиженных углеводородных газов объемом 77,5 куб.м. Работая на перспективу, ОАО «Полтавхиммаш» в 2010 году разработало конструкторско-технологическую документацию и подготовило мощности для серийного выпуска емкостей для наземного и подземного хранения сжиженных углеводородных газов объемом 200 куб. м. Эта разработка не имеет аналогов на постсоветском пространстве и в Европе, и подобная продукция не производилась ни одним машиностроительным предприятием.
Сегодня в своем активе «Полтавхиммаш» имеет современную производственную базу, более 6,5 тысячи выпущенных вагонов (за период 2007г. – 2012 гг.), обширную географию поставок (Россия, Казахстан, Азербайджан, Туркменистан, Беларусь, страны Балтии) и безупречную репутацию производителя высококачественной продукции.