光绪元年（1875），李鸿章受命督办北洋海防，筹建北洋水师。此时，天津机器局的小船坞已不能满足日益扩大的舰队需要。李鸿章奏请光绪皇帝在京畿门户、海防重镇大沽海口建造一座船坞，以与福建马尾船政、上海江南船坞成南北三足鼎立之格局，共同支持海军防务。

光绪六年（1880），李鸿章派天津海关税务司在大沽海神庙附近购民地110亩作为船坞基址。命名“北洋水师大沽船坞”，又称“海神庙船坞”。2月，正式动工挖船坞，相继建起轮机车间、马力房、抽水房、木工厂、码头、起重架、绘图楼及各办公房。11月，工程基本竣工。

光绪十一年（1885），丁、戊、已坞兴工。9月，海军衙门成立。镇东、镇西、镇南、镇北四艘炮舰巡视海防，来坞避冻修理。此时的大沽船坞已达到同时装配和修理六艘船舶的能力。

光绪十二年（1886），建成土坞两座。

1913年(民国二年)，2月，大沽船坞划归北洋政府海军部管辖，更名“海军部大沽造船所”。委任海军部视察吴毓麟为所长。

1917年（民国六年），马克沁重机枪仿造成功，添购床机，扩充投产。

1937年（民国二十六年），抗战爆发，塘沽沦陷，大沽造船所被日军侵占。日军将造船所机床、座钳和工具全部运走，造船所停工、工人失业。

1938年（民国二十七年），由于日军侵华战争的需要，造船所复工，归塘沽运输株式会社管理。添筑木工厂房一座，添装电滚、车床各两部。建造大型拖轮托华丸、旋洋丸，为东亚公司、兴中公司、华北盐业公司修理河源、河达、河清等船只并建造了一批驳船。

1945年（民国三十四年），8月，日本投降，大沽造船所由国民党交通部接收，未恢复生产。此时的大沽船坞，码头、船坞、场房及仓库等失修毁损，坍塌一半，戊坞被埋填。

1949年，1月17日，塘沽解放。天津区军事管制委员会接管造船所。大沽造船所几经变更，重新回到人民手中。由于连年战火，此时的厂区内到处残墙断壁，建筑中门窗破碎，码头和船坞全部坍塌淤塞，机器设备七零八落。面对此状，军管会贴出复工告示。

1954年8月，为适应国民经济和水运事业的发展，大沽船坞划归新河船厂，取消大沽坞的建制。