Bâtiment parmi les plus vastes des anciens ateliers, la grande halle abritait autrefois la chaudronnerie. Cette activité nécessitait de puissant moyens de manutention, telle le soulèvement La nef de l'ancien atelier de chaudronnerie des chaudières de locomotives, ce qui explique le volume de l'édifice et son équipement en ponts roulants aériens. Son emplacement actuel a fait l'objet d'une utilisation dès le milieu du siècle. Un bâtiment initial abritait les forges et fut affecté dès les années 1860-70 à la chaudronnerie et à l'atelier des tenders (partie ouest de l'édifice actuelle). Des rotondes, servant aux manoeuvres des machines s'élevaient à l'est, en bordure des voies ferrées. Dans les années 1880-90 intervint une importante restructuration du site allant dans le sens d'une spécialisation au sein du réseau des implantations industrielles du PLM. Des sections, appelées à déménager dans d'autres villes, furent détruites. Ce fut le cas des rotondes, la fonction de dépôt étant alors transférée à Avignon. Le bâtiment occupé par la chaudronnerie pouvait ainsi gagner vers l'est. Pourtant, celui-ci ne fut pas agrandi sur le mode architectural des années 1840-1850, mais entièrement reconstruit. D'après des documents et plans de la SNCF, le nouvel atelier fut édifié en deux campagnes de travaux, ceci probablement pour limiter les désagréments du chantier dans le bon fonctionnement de l'entreprise. A partir de 1888, fut construite une partie est de six travées, à l'emplacement de la rotonde détruite ; vers 1893-1894, fut ajoutée la partie ouest, de treize travées. Conçue néanmoins comme un ensemble, cette halle respecte l'unité architecturale du site qu'ont toujours souhaitée ses concepteurs. Comme l'ensemble des activités, la chaudronnerie connaîtra une réduction progressive de ses travaux, avec notamment le transfert à Oullins, dans les années 1930, du principal atelier de réparation des locomotives. La restauration extérieure de la grande halle a été réalisée et financée par la Région Provence-Alpes-Côte d'Azur. L'inauguration a rassemblé un nombreux public le 5 octobre 2007. On travaille aujourd'hui à lui trouver un avenir à la mesure de ses dimensions...