久大線は大正9年から建設が始まり、昭和4年には豊後森駅が開業、昭和9年に久大線が全通した。機関区の設置は、昭和8年に森町に決定し、昭和9年に豊後森機関区が発足した。旧豊後森機関庫は、当初10両機関車庫と機関車庫西端部に技工長室・道具置場がつくられ、その後2両分の機関車庫が増築された。石炭や水等の補給基地として、また急峻な水分峠越えを行うための機関車の交換等で豊後森機関区は非常に重要な役割を果たした。最盛期は昭和23年頃で、車両25両・乗務員他職員217名の配置があったといわれる。
また、昭和20年8月4日には、軍事輸送の拠点となっていたため米軍機の機銃掃射にあい、職員3名が死亡するという惨事も起きた。機関庫の壁には現在も機銃掃射の跡が残っている。
昭和45年9月の久大線無煙化により蒸気機関車が姿を消すと、翌昭和46年4月に豊後森機関区は廃止となる。現在は線路が外され、扇型機関庫と転車台が残るのみとなっている。
その豊後森機関区の中心的建造物である、旧豊後森機関庫は、ＪＲ久大本線豊後森駅の南東側に位置し、直径18.5メートルの転車台を中心に半径47.84メートルで放射状に広がっている。構造物は、鉄筋コンクリート造・陸屋根で扇形の機関庫（車両12台収容可能：両端部に技工長室と工具室を設ける）と機関車を車庫に導く鋼鉄製の転車台からなる。転車台の建築面積は268.66平方メートル、直径18.5メートル、主桁は鋼鉄製で、鉄製の運転室が現存している。放置されて40年の経過により、全体は錆色に包まれているが、運転室は窓の木枠や操作盤などが良い状態で残り、風化を感じさせない。また、土台部分はコンクリート構造で、かつてはここから放射線状に多数の線路が駅や機関庫に分岐していた。竣工は昭和9（1934）年、施工者は間組であるが、設計者はわかっていない。増築には、地元の河野組が工事にかかわっている。
かつて九州各地にあった扇形機関庫は、機関庫廃止や老朽化などにより解体され、現在では九州唯一の扇形機関庫となった。また、70年以上にわたりこの地域に建ち続けている玖珠町のシンボルであるともいえる。