第一代柴油機車
民國42年自日本引進的11403-1與1403-2，由於臺灣當時尚未有其他鐵路進行柴油化，缺乏經驗，所引進的機車較不適用於森林鐵路的山區地形，僅作為嘉義竹崎平地段牽引或調車之用。
第二代柴油機車
民國43與44年，再度由日本購入25公噸柴油機車－11403-3及11403-5號，但由於此種機車馬力有限，直到民國五十一年才用於行駛嘉義－奮起湖間之柴油對號快車，但主要仍用於平地段運輸及調度使用。『中興號柴油客車』中興號柴油客車是裝有柴油引擎的自走客車，可以單節行駛亦可多輛編組行駛。上山可達時速三十五公里，平地段可以時速五十五公里行駛。原本從嘉義至阿里山要七小時以上的行程，中興號只要三小時四十分，創下當時的紀錄，受到眾多旅客的熱烈迴響。
第三代柴油機車
民國五十八年，購入六輛25公噸柴油機車－DL25-30，這批柴液機車引擎馬力提高，採車架中心傳動方式，運作情況良好，目前使用於祝山線及神木線。
第四代柴油機車
由於機車柴油化後，客運量及速度都大幅增加，故停止進口中興號，轉而向三菱購買柴油機車。民國61年購入DL31-34四輛，牽引新製客車廂，命名為「光復號」列車。
第五代柴油機車
民國61年與日本斷交後，在抵制日貨的輿情下，民國64年改向西德O＆K公司購買3台機車，但因機件精密，零件稀少，維修不易，與日系維修體系和司機之操作習慣不同，故已停止使用。
第六代柴油機車
由於受到民國70年公路通車之影響，森林鐵路遊客量銳減，為因應公路之競爭，民國71年購入28公噸DL39-43五輛柴油機車，自73年具有冷暖空調之阿里山號正式營運。
第七代柴油機車
由於營運需要，嘉義林管處於民國93年12月向日本車輛公司訂購新車7輛，於民國95、96年陸續加入營運。