太原铁路局的机构设置在2010年底已明确。其路局机关内部设有22个限额内的行政职能部门，包括4个限额外的职能机构，以及2个学、协会和1个派出机构。另外，还有30个附属机构，以及4个临时性机构，以支持其运营和管理。
在直属单位层面，太原铁路局管辖着72个单位，涵盖了广泛的业务领域。运输生产单位有37个，其中包括铁路公检法的12个部门，辅业单位有11个，其他非运输类单位则有16个。在具体设施上，太原铁路局直属站有5个，车务段、客运段、机务段、供电段、电务段、通信段、工务段、工务机械段、车辆段以及房建公司各占其一。
在党组织架构上，太原铁路局设有14个党委职能部门。在直属基层组织中，共有61个，其中包括37个主要运输生产单位的党委，18个其他基层单位的党委，1个党工委，以及9个党组，确保了党的领导深入到各个业务层面。
太原铁路局成立于2005年3月18日，共有职工11.8万人，管辖南同蒲、北同蒲、大秦、侯月、石太、侯西、太焦、太中（银）、京原、京包、迁曹、石太客运专线等12条干线和西山、东晋、上兰村、忻河、介西、礼垣、宁岢、太岚、口泉、云冈、京唐港、曹南、东港等13条支线，路网纵贯三晋南北，横跨晋冀京津两省两市，线路总延长8682.05公里，营业里程3328.2公里；配属机车1162台、CRH5型动车组6组48辆、客车2005辆。是全国18个铁路局中货运量最大、重载技术最先进的铁路局，也是全路唯一运输主业整体改制上市的铁路局。