Это первое паровозное депо Москвы, построенное в 1846 — 1851 годах по проекту выдающегося российского архитектора Константина Тона, автора таких сооружений как Большой Кремлёвский дворец, Оружейная палата, храм Христа Спасителя, а также зданий и сооружений первой железнодорожной магистрали России — линии Санкт-Петербург — Москва.

Московское депо располагалось не на ровной площадке, а на высоком берегу Красного пруда, поэтому в его типовой проект пришлось вносить изменения. При депо не был построен корпус для механических мастерских и устройств водоснабжения паровозов - его построили в другом месте. Поэтому рядом с депо возвели массивную водонапорную башню, объединённую вместе с ним в архитектурный ансамбль множеством общих деталей – сдвоенными арочными окнами на фасадах, фигурными кирпичными карнизами. Архитектура депо и башни ассоциируется с крепостью или замком, и это объяснимо – зарождавшийся русский железнодорожный стиль искал аналоги в известной крепостной или церковной архитектуре.

Депо представляет собой круглое в плане здание, разделённое на 22 сектора (стойла), из которых 2 были проездными. Все стойла перекрывались кирпичными сводами с трубами для отвода паровозного дыма. Во внутреннем дворе здания находился поворотный круг, служивший для разворачивания паровозов и направления их в нужное стойло или на выезд из депо. В первые 20 лет работы депо поворотный круг был деревянным, позже его заменили металлическим. Для защиты круга от дождя и снега над внутренним двором был устроен лёгкий металлический купол.

Сочетание трёх высотных доминант – купола депо, водонапорной башни и часовой башни вокзала, расположенных на берегу водоёма – создало поразительный архитектурно-природный комплекс, запечатлённый во множестве произведений середины XIX века. Круговое депо в Москве – единственная из служебных построек Петербургско-Московской железной дороги, подробно описанная в путеводителе 1853 года.

В последующие годы депо неоднократно перестраивалось. Утрачен металлический купол, поворотный круг, разобраны рельсы. Однако, здание сохранило весь свой объём и структуру, уцелели многие элементы декора.

Несмотря на имеющийся у депо статус памятника, существует угроза его полной или частичной утраты.