Công ty Cổ phần Cơ Khí 4 và Xây Dựng Thăng Long có tiền thân là Trạm cơ điện bờ bắc Thăng Long, được thành lập ngày 26/08/1974 theo quyết định số 892/QĐTCCB ngày 21/03/1995 của Bộ Giao thông vận tải.
Năm 1974, để chuẩn bị cho việc xây dựng cầu Thăng Long, cây cầu có quy mô lớn và hiện đại nhất lúc bấy giờ, Trạm cơ điện bờ bắc Thăng long được thành lập. Sau đó, được bổ xung thêm bộ phận cơ khí và đổi tên thành Xí nghiệp thi công cơ giới 4, chuyên đảm nhận việc sửa chữa quản lý toàn bộ máy móc thiết bị, xe vận chuyển và các trạm điện từ giữa sông đến bờ bắc của công trình cầu Thăng Long. Trong quá trình xây dựng, cùng với việc cung cấp các sản phẩm chủ yếu như đà giáo phục vụ thi công, mặt bích cọc bê tông, vong nút neo cho dầm cầu, gối cầu, ván khuôn,… xí nghiệp đã đóng góp nhiều giải pháp kỹ thuật hiệu quả, đáng kể là chế tạo tại chỗ giếng chìm chở nối hàng trăm tấn nên đã tiết kiệm được nhiều chi phí vận chuyển cho công trình.
Năm 1984, với tên gọi mới là Nhà máy Cơ Khí 4, đơn vị chuyển sang chế tạo dầm cầu thép dàn cứng phục vụ thi công cầu Chương Dương, sau đó là cầu Bến Thủy, Phong Châu, Triều Dương, Đò Quan,…
Từ những kinh nghiệm đúc rút được, năm 1986, đơn vị đã tập trung nghiên cứu tìm ra những công nghệ mới và tạo ra được những sản phẩm mũi nhọn đặc thù như chế tạo nhịp dầm thép hàn lắp bằng bu lông có cường độ
cao, mỗi nhịp dài 50cm, cao 9m dùng trong lắp dựng cầu đường sắt thay thế nhập ngoại, do vậy đã tiết kiệm cho Nhà nước hàng tỷ đồng. Không những thế đơn vị còn mở hướng chế tạo các sản phẩm của nghành cầu thép như dầm đặc có bản bụng cao, bản trục hướng mở, hướng mặt liền, thanh dầm mặt hàn kín,…
Năm 1989, theo quyết định số 285/QĐTCCB của Bộ Giao thông vận tải ngày 05/04/1989, Nhà máy Cơ Khí 4 được đổi tên thành Nhà máy cơ khí và kết cấu thép thăng Long.
Năm 1993, để phù hợp với sự thay đổi của ngành nghề kinh doanh nói riêng và xu hướng phát triển chung của toàn bộ nền kinh tế thị trường nói chung, công ty đã đổi tên thành Công ty Cơ Khí và Xây Dựng Thăng Long theo quyết định số 499/QĐTCCB của Bộ Giao thông vận tải ngày 27/03/1993. Cùng với đó, công ty đã đi vào kinh doanh một lĩnh vực mới, đó là lĩnh vực xây dựng. Đặc biệt, trong năm 1997, công ty đã tiếp nhận nguồn viện trợ phát triển chính thức (ODA) dành cho các nước đang phát triển với mức lãi suất ưu đãi và thời gian hoàn trả vốn vay dài. Công ty đã dùng nguồn vốn ODA này để đầu tư mới một dây truyền sản xuất kết cấu thép có kích cỡ và khẩu độ lớn của Cộng hòa Pháp, trị giá khoảng 69 tỷ đồng với sản lượng 6000 tấn/năm. Có thể nói, đây là một trong những dây truyền sản xuất kết cấu thép thuộc loại hiện đại nhất ở Việt Nam hiện nay. Từ đây đã mở ra một hướng phát triển mới cho công ty trong lĩnh vực chế tạo các sản phẩm kết cấu thép. Hiện nay, công ty có thể đảm đương được những công trình phức tạp, đòi hỏi yếu tố kỹ thuật cao.
Năm 2007, hòa nhịp cùng xu hướng phát triển chung của đất nước, công ty chuyển đổi cơ cấu theo Quyết định số 1536/QĐ-BGTVT ngày 05 tháng 05 năm 2007 của Bộ Giao thông vận tải về việc chuyển đổi từ danh nghiệp Nhà nước là Công ty Cơ khí & Xây dựng Thăng Long có số đăng ký
kinh doanh 112362 do Sở Kế hoạch và Đầu tư thành phố Hà Nội cấp ngày 07 tháng 05 năm 2004. Công ty chính thức trở thành Công ty Cổ phần từ ngày 06 tháng 06 năm 2007 với tên gọi mới là Công ty Cổ phần Cơ Khí 4 và Xây Dựng Thăng Long, hoạt động theo giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh lần đầu số 0103017795 ngày 06 ngày 06 năm 2007 do Sở Kế hoạch và Đầu tư thành phố Hà Nội cấp. Khi chuyển đổi loại hình, nhà nước sở hữu 41% vốn