Das Bahnausbesserungswerk Limburg wurde 1862 als "Limburger Zentralwerkstätte" durch die damalige Eisenbahnabteilung des Herzoglich-Nassauischen Ministeriums unter der Leitung von Geheimrat Hendel und Oberingenieur Moritz Hilf erbaut, eröffnet und verwaltet. Sie unterstand ab 1864 der Herzoglich-Nassauischen Eisenbahndirektion in Wiesbaden, die zwei Jahre später preußisch wurde. 1880 wurde der Direktionsbezirk Frankfurt unterstellt, 1924 die Verwaltung und Betreuung des Werkes auf die Geschäftsführende Direktion für das Werkstättenwesen in Kassel übertragen. Die rasante Entwicklung der Eisenbahnen im Lahn-, Westerwald- und Taunusgebiet bedingte eine stetig fortschreitende Erweiterung und Veränderung der Werkstattbauten, in denen Lokomotiven, Triebwagen, Personen- und Güterwagen sowie Weichen repariert und gewartet wurden.

Die Sachgesamtheit ist Teil eines 12,9 Hektar großen Geländes, das sich zwischen der südlich gelegenen Gleistrasse und der Diezer bzw. Schaumburger Straße im Norden erstreckt. Im Osten grenzt sie an den Bahnhof, der 1961 anstelle des durch Bomben geschädigten spätklassizistischen Vorgängerbaus von 1862 errichtet worden war. Das Areal der Anlage umfasst eine ausgedehnte Gebäudegruppe aus Verwaltungsbauten, Werkstätten und Hallen, die im Verlauf von insgesamt vier Hauptbauphasen 1862, 1876-79, 1895-1905 und um 1925/30 errichtet wurden. Die Erschließung erfolgte ursprünglich durch eine gerade Zufahrtsstraße von Osten, an der sich zuerst links die Lehrlingswerkstatt von 1904/1905 (1921 Erweiterung um drei Achsen nach Osten) findet. Der zweigeschossige, lang gestreckte Bau mit Walmdach kaschiert mit Formübernahmen des bürgerlichen Wohnbaus - rot-gelbe Klinkerverkleidung mit Lisenengliederung und deutschem Band sowie dezentralem Giebelrisalit - den Werkstattbetrieb im Inneren. Danach folgt das Verwaltungsgebäude II (KD), demgegenüber sich inmitten eines kleinen Rasenplatzes ein Denkmal für die Gefallenen des Ersten und Zweiten Weltkriegs erhebt (KD).

Hinter dem Verwaltungsgebäude II liegt die lang gestreckte, mit großen Segmentbogen versehene Klinkerhalle der Elektrowerkstatt. Seit 1862 Schmiede, war sie vor 1895 vergrößert und schließlich beim Umbau zur Räderdreherei in den Jahren 1901/02 mit Sheddächern über einer eisernen, genieteten Dachkonstruktion versehen worden. Das Verwaltungsgebäude I am westlichen Ende der Erschließungsstraße ist ein schlichter Putzbau des Spätklassizismus mit Giebelrisalit von 1876/78 (Architekt Alken).

Herzstück des Ausbesserungswerkes ist die 207 zu 89 m große Richthalle I (KD), an die sich unmittelbar nördlich die kleinere, ziegelsichtige Richthalle III (ursprünglich Kesselschmiede) von 1895 und 1907 anschließt, deren östliche Längsseite relativ gut erhalten blieb und die in ihrem Inneren eine Krananlage von 1912 beherbergt. Im Winkel zwischen Richthalle I und III findet sich das Kesselhaus, dessen drei lahnwassergespeiste Kessel der Temperierung der Gebäude des Ausbesserungswerks sowie der Vorheizung der Personenzüge dienen und das eine selten frühe Betonvoutenkonstruktion von 1924/26 besitzt. Daneben erhebt sich die ehem. Schmiede der Zeit von 1901 - ein Klinkerbau mit Lisenengliederung und Segment. Ebenfalls in diesem Bereich des Geländes steht der Betonbunker (KD), der 1941 für die Bediensteten des Werkes errichtet wurde. Auch die Richthalle II (um 1900) gehört mit ihren Umfassungswänden aus Klinkermauerwerk sowie Teilen der bauzeitlichen eisernen Dachkonstruktion zur Sachgesamtheit. Das Bahnbetriebswerk war zu 85 % von Bomben zerstört worden, so dass manche Partien der Bauten in vereinfachten Formen wieder errichtet oder ausgebessert wurden. Vor allem die Dach- und Giebelgestaltungen sowie die Eingänge wurden dabei verändert.

Verwaltungsgebäude II

Das 1862 errichtete Putzgebäude besteht aus einem zentralen, fünfachsigen Kernbau sowie beidseitig flankierende, um ein Halbgeschoss niedrigere Flügelabschnitte. Der Hauptbau entspricht mit seinem dreiachsigem Giebelrisalit, Drempelgeschoss und vorkragendem Sattel, das an den Giebelseiten von profilierten Knaggen gestützt wird, dem Bahnhofstypenbau der Lahntalbahn (vgl. die Bahnhöfe in Runkel von 1861/62, sowie Oberbrechen und Niederselters (beide 1875). Der repräsentative Charakter war bedingt durch die ursprüngliche Nutzung des Gebäudes als Wohnstätte des Werkstattinspektors. Die schlichteren Flügelpartien nahmen dagegen Magazin und Sattlerei auf. Auf der Rückseite Anbauten des frühen 20. Jahrhunderts.

Denkmal für die Gefallenen des Ersten und Zweiten Weltkriegs

Das Denkmal zeigt die Form eines Pyramidenstumpfes aus Rustikaquadern mit einem querrechteckigen Relief, auf dem je vier Eisenbahnarbeiter und Soldaten ein geflügeltes Zahnrad flankieren; Inschrift: Unseren gefallenen Kameraden 1914-18 1939-1945. Bekrönung durch ein eisernes Kreuz.

Richthalle I

Großer Hallenbau (207 m zu 89 m) mit Umfassungswänden aus Backstein und eiserner Dach. Der ursprüngliche Bau von 1862 war sehr viel kleiner und diente einzig der Reparatur und Wartung von Dampflokomotiven. Durch die Eröffnungen neuer Strecken wurde der Arbeitsanfall immer größer, so dass die Halle 1876/77 und 1895 vergrößert werden musste, bei der unter anderem in der Verlängerung des Lokomotivbereichs jeweils eine Güter- sowie Personenwagenwerkstatt angefügt wurde. Um 1912 besaß die Halle ihre heutige Ausdehnung, wobei die Ostfassade mit ihrem gestuften Uhrengiebel, der in der Blickachse der Zufahrtsstraße liegt, erst 1920/30 geschaffen wurde. Vom Ursprungsbau von 1862 ist nichts mehr vorhanden, das heutige Aussehen der Nord-, Süd- und Westfassaden prägen die Erweiterung von 1876/77 (Baumeister Alken) sowie die Um- und Anbauten von 1895. Das Halleninnere besitzt in den östlichen Bereich sowie in einigen westlichen Abschnitten noch Gusseisenstützen und/oder Teile der genieteten Dachkonstruktionen.

Betonbunker

Der zuckerhutförmige Bunker wurde 1941 für die Bediensteten des Werkes über einem Bett aus Eisenspänen zur Dämpfung von Erschütterungen errichtet. Im Inneren finden sich noch einige der ursprünglichen Holzbänke, auf denen die Schutzsuchenden während der Angriffe Platz nahmen.