В годы Великой Отечественной войны согласно Постановлению Совета Народных Комиссаров от 23 января 1943 года было принято решение о строительстве тракторного завода в Липецке, который предполагалось возвести на базе литейно-механического завода «Станкострой», находившегося на окраине города.

1 апреля 1943 года был утвержден устав завода с суммой основных фондов в 210 миллионов рублей. Директором назначили А. П. Никанорова, прибывшего из Самарканда.

Липецкому тракторному предписывалось создать совершенно новый, никогда никем в стране не выпускавшийся гусеничный трактор средней мощности.

1 июня 1944 года состоялся общезаводской митинг в честь выпуска первого трактора. К концу года из сборочного цеха вышли 25 тракторов, которые отправили совхозам винодельческой промышленности в Крым и на Северный Кавказ.

В 1945 году была введена в эксплуатацию первая очередь кузнечного цеха, бесперебойно начал работать инструментальный цех. Построена кислородная станция. Была пущена бессемеровская установка для выплавки стали в литейном цехе. Благодаря ей завод нашел возможным еще задолго до монтажа электросталеплавильных печей получать необходимые стальные заготовки на месте, перестав, таким образом, использовать мощности других предприятий.

В декабре 1946 года дизельный трактор «Кировец Д-35» был утвержден к постановке на массовое производство. Это была машина на гусеничном ходу мощностью 37 лошадиных сил. По своему типу и по конструкции она отличалась от всех ранее выпущенных отечественных тракторов.

В 1947 году на заводе началось производство пропашного гусеничного трактора КД-35. К моменту снятия его с производства в 1960 году, завод выпустил 113 600 тракторов, включая модификацию КДП-35.

В 1958 год создан колесный трактор Т-25, который после государственных испытаний и доводки с 1960 года пошел в серийное производство под маркой Т-30. На базе трактора Т-30 был создан трактор Т-35 и его модификация с полным приводом ‒ Т-35.

В 1958 года завод начинает производство универсального пропашного гусеничного трактора Т-38. В 1961 году его сменяет Т-38М, производство которого продолжается до 1973 года.

С 1961 года начался выпуск колесного трактора Т-40, ставшего самым массовым трактором из выпускаемых на заводе. С 1961 по 1995 год с конвейера сошло 1196200 тракторов Т-40 и его модификаций.

В 1970 году с конвейера Липецкого тракторного завода сошел 500-тысячный трактор.

Огромную роль в столь эффективной организации производства принадлежит Василию Яковлевичу Клименкову, руководившим заводом в 1950-1960-х и в 1963-1974 годах. Немало он сделал и в социальной сфере. За время его работы вместо бараков, землянок и времянок в поселке ЛТЗ было построено 125 многоквартирных жилых домов для рабочих (113 тысяч кв. метров), 16 детских садов, больница на 500 мест и родильный дом, Дворец культуры, пансионат, профилакторий, спортивный комплекс «Пламя» с плавательным бассейном и велотреком. В Липецке его по праву называют «народным директором».
22 января 1971 года Указом Президиума Верховного Совета СССР о награждении орденами СССР предприятий и организаций тракторного и сельскохозяйственного машиностроения Липецкий тракторный завод имени XXIII съезда КПСС награжден орденом Ленина за большие успехи, достигнутые коллективом предприятия в выполнении заданий пятилетнего плана по выпуску пропашных тракторов, в создании конструкций и освоении производства новых машин.

В апреле 1988 года начато производство трактора ЛТЗ-155.

В 1991 году начинается выпуск колёсного трактора ЛТЗ-55, а затем полноприводного ЛТЗ-60, призванного сменить морально устаревший Т-40.

Осенью 2004 года завод был признан банкротом. На смену ему пришло другое предприятие ‒ «Липецкий трактор», которое вошло в состав российского машиностроительного концерна «Тракторные заводы».

С 2009 года завод не производит продукцию. В настоящее время в цехах бывшего тракторного завода работает Липецкий механический завод, выпускающий самоходные гусеничные шасси для Министерства обороны РФ.

В июне 2022 года губернатор Липецкой области Игорь Артамонов заявил о своем желании возродить полноценное производство техники на территории ЛТЗ.

5 сентября 2024 года был запущен первый цех ООО «Липецкий тракторный завод», где будут собирать экскаваторы-погрузчики и коммунальные машины, а также навесно еоборудование для этой техники.