Первое паровозное депо Москвы было построено в 1846-1851 годах по проекту известного архитектора Константина Тона, который также создавал такие сооружения, как Большой Кремлёвский дворец, Оружейная палата и храм Христа Спасителя. Он также проектировал здания и сооружения первой железнодорожной магистрали России, соединяющей Санкт-Петербург и Москву.

Московское депо разместили на высоком берегу Красного пруда, что потребовало внесения изменений в типовой проект. Вместо корпуса для механических мастерских и систем водоснабжения паровозов, который построили в другом месте, рядом с депо возвели массивную водонапорную башню. Она была объединена с депо в единый архитектурный ансамбль, благодаря множеству общих деталей, таких как сдвоенные арочные окна и фигурные кирпичные карнизы. Архитектура депо и башни напоминает крепость или замок, что объясняется поиском аналогий в известной крепостной и церковной архитектуре для зарождающегося русского железнодорожного стиля.

Депо представляет собой круглое здание, разделённое на 22 сектора, из которых два были проездными. Все сектора перекрывались кирпичными сводами с трубами для отвода дыма. В центре здания находился поворотный круг, который использовался для разворота паровозов и направления их в нужный сектор или на выезд. Первоначально поворотный круг был деревянным, но позже его заменили на металлический. Для защиты от непогоды над внутренним двором установили лёгкий металлический купол.

Комплекс из трёх высотных элементов, купола депо, водонапорной башни и часовой башни вокзала, на берегу водоёма создал впечатляющий архитектурно-природный ансамбль, который запечатлели многие произведения середины XIX века. Московское круговое депо, единственное из служебных построек Петербургско-Московской железной дороги, подробно описанное в путеводителе 1853 года.

В последующие годы депо неоднократно перестраивалось. Металлический купол и поворотный круг были утрачены, а рельсы разобраны. Однако здание сохранило свою первоначальную структуру и многие элементы декора.

Несмотря на статус памятника, депо находится под угрозой полной или частичной утраты.