У відповідності з постановою ЦК КПРС і Ради міністрів СРСР №461, в лютому 1964 р. в Полтаві було розпочато будівництво Полтавського заводу «Хіммаш», як найбільш крупного в СРСР підприємства з випуску крупногабаритного емальованого обладнання для хімічної промисловості.
Офіційно біографія підприємства починається з 21 квітня 1964 р., коли будівельники заклали перший кубометр бетону в фундамент заводу «Хіммаш», першим директором якого став Всеволод Пилипович Нечипоренко. 31 березня 1967 р., наказом міністра хімічного та нафтового машинобудування СРСР №52 від 25.02.1967 р., Полтавський завод хімічного машинобудування включено до числа діючих підприємств Головного управління хімічного машинобудування. На цей момент завод «Полтавхіммаш» вже мав головний виробничий корпус для випуску емальованих ємностей. Також на час запуску заводу до експлуатації, силами створеного в м. Полтава 1964 року науково-дослідного конструкторсько-технологічного інституту емальованого хімічного обладнання, створено нову марку емалі для покриття ємностей для хімічної та харчової промисловості, що не має аналогів у світі. Перші дві емальовані ємності було випущено заводом в листопаді 1967 року. До березня 1974 року завод «Полтавхіммаш» мав повний виробничий цикл, включаючи цех з вироблення емалі.
З 1974 року керував підприємством Лук’янов Борис Михайлович, девізом якого стала власна фраза: «Довести, доробити те, що не встиг мій попередник». Так, другий директор «Полтавхіммаша» не тільки продовжив роботу з технічного оснащення виробництва, але й приділив величезну увагу створенню соціальної інфраструктури підприємства.
1983 року пост генерального директора посів Гаджала Петро Антонович, з ім’ям якого пов’язано будівництво виробничого корпусу другої черги заводу (1984 – 1986 рр) й установка в ньому гідравлічного преса зусиллям 2500 т, який визначив подальшу долю «Полтавхіммаша».
Всього до 20-річного ювілею «Полтавхіммаша» було виготовлено 11350 одиниць крупногабаритного емальованого обладнання ємністю від 25 до 50 кубічних метрів для хімічної, харчової, мікробіологічної та нафтової промисловості. В 90-ті роки кризові явища в економіці, які проявились у розриві довгострокових господарських відносин, зростання цін, відсутність ринку збуту промислової продукції, не обійшли «Полтавхіммаш». Приватизація підприємства 1994 року не принесла економічних дивідендів і на 2001 рік ВАТ «Полтавхіммаш» було практично доведено до банкрутства.
Відродження підприємства прийшлось на 2006 р., коли у ВАТ «Полтавхіммаш» з’явився перспективний замовник – Маріупольський «Азовмаш», для якого Полтавське підприємство почало серійно випускати котли для нафто-бензинових вагонів-цистерн. Нова сторінка в біографії ВАТ «Полтавхіммаш» пов’язана з перепрофілюванням підприємства на випуск залізничних вагонів-цистерн.Так, починаючи з кінця 2006 року, власниками заводу прийнято рішення про створення на виробничих площах ВАТ «Полтавхіммаш» замкнутого циклу виробництва вагонобудування. Реалізація цієї програми передбачала, разом з модернізацією наявних потужностей котельного виробництва, створення абсолютно нових виробничих дільниць – збирання-зварювання платформ, конвеєрного збирання вагонів-цистерн, малярного відділення для фарбування вагонів-цистерн. В січні 2007 року цю роботу очолив Генеральний директор Хижак Віталій Антонович, за плечима якого був 25-річний досвід роботи на машинобудівельному гіганті «Азовмаш», і вже в лютому 2007 року з конвеєра ВАТ «Полтавхіммаш» зійшли перші 10 вагонів-цистерн для перевезення зріджених вуглеводневих газів моделі 15-1519-02. За перший рік історії ВАТ «Полтавхіммаш» як вагонобудівельного підприємства було вироблено 520 газових вагонів-цистерн. За 2007 – 2011 рр. модельний ряд продукції, що випускається, розширено до 7 моделей вантажних вагонів, кожен з яких має сертифікат відповідності РСФЖТ. В той же час, керівництву підприємства вдалось зберегти традиції виробника емальованих ємностей. Так, 2009 року, випущено вперше за багато років емальовані збиральники місткістю 33,6 куб. м для Нижньокамського нафтохімічного заводу. ВАТ «Полтавхіммаш» довело свою здатність виробляти цю унікальну продукцію. Також, за останні роки, з цехів підприємства вийшли вироби, що є власною конструкторською розробкою ВАТ «Полтавхімамаш»: автоклави з унікальними технічними характеристиками (діаметр 3180 мм, довжина 33300мм) для термовологосної обробки в середовищі насиченого водяного пара виробів із газобетону автокланого твердіння, ємності для наземного зберігання зріджених вуглеводневих газів місткістю 77,5 куб. м. Працюючи на перспективу, ВАТ «Полтавхіммаш» 2010 року було розроблено конструкторсько-технологічну документацію й підготовлено потужності для серійного випуску ємностей для наземного й підземного зберігання зріджених вуглеводневих газів місткістю 200 куб. м. Ця розробка не має аналогів на пострадянському просторі та в Європі, й подібна продукція не вироблялась жодним машинобудівельним підприємством.
Сьогодні в своєму активі «Полтавхіммаш» має сучасну виробничу базу, більше 6,5 тисяч випущених вагонів (за період 2007 – 2012 рр), широку географію поставок (Росія, Казахстан, Азербайджан, Туркменістан, Білорусь, країни Балтики), та бездоганну репутацію виробника високоякісної продукції.
