Ce dépôt était destiné à héberger machines engagées vers Cavaillon (ligne Cheval Blanc - Pertuis) et sur la ligne des Alpes, les trains empruntant cette ligne devant d'ailleurs effectuer un rebroussement en gare de Pertuis. Le PLM l'avait doté d'installations typiques de ses dépôts, avec un rotonde coiffée par une coupole et à laquelle était accolé un atelier pour le levage des locomotives.
Le projet des années 20 de construction d'une ligne nouvelle Avignon - Nice en mettant à double voie la ligne Cheval Blanc - Pertuis et en la prolongeant jusqu'aux Arcs prévoyait un agrandissement du dépôt, avec adaptation du dépôt à la traction électrique et construction d'une seconde rotonde pouvant accueillir 31 locomotives à vapeur (utilisées en dépannage en cas de coupure du courant et sur les dessertes des autres lignes).
Le dépôt semble avoir été fermé dès les années 50, alors qu'à la même époque la construction d'un raccordement direct supprime le rebroussement en gare de Pertuis
La démolition de la rotonde semble avoir eu lieu au début des années 60 (visible sur des vues aériennes en 1958, absente en 1964) ; le pont tournant, une partie des voies et l'atelier adjacent furent conservés, servant au garage puis à la démolition de locomotives à vapeur. L'atelier fut démoli entre 1967 et 1969, à l'exception d'une travée. La travée restante de l'atelier, le pont tournant, deux des châteaux d'eau et les voies furent supprimés à la fin des années 70 (entre 1975 et 1978). Depuis, ne subsistent du dépôt que quelques voies perdues dans un terrain en friche.
Le dépôt comportait une rotonde circulaire pour 24 locomotives avec atelier accolé et pont tournant de 21 m, à l'origine recouverte d'une coupole. Un parc à charbon, trois châteaux d'eau et divers locaux de service complétaient les installations.