Gennem årene udviklede der sig et omfangsrigt system af fagforeninger og fagforeningslignende organisationer og klubber på DSB’s Centralværksted. Centralværkstedet havde i 1930’erne ca. 1.000 ansatte, i 1949 1.850 ansatte, og i 1990 var medarbejderantallet dalet til 450. De første fagforeningsdannelser på Centralværkstedet opstod efter alt at dømme i 1890’erne. En af de første, hvis ikke den første, var Dansk Smede- og Maskinarbejderforbund (grundlagt 1888, senere Dansk Metal), der i 1896 stiftede Klub 11 for alle ansatte, der var medlem af forbundet. Klub 11 var forbundets lokale repræsentation og varetog de derværende medlemmers interesser. Fem år senere, i 1901, fik Klub 11 som konsekvens af stigende medarbejdertal en række underordnede brancheklubber, der nogenlunde tilsvarede Centralværkstedets forskellige værksteder. Denne organisation inden for Dansk Metals tilstedeværelse på Centralværkstedet fortsatte med varierende klubantal op gennem resten af 1900-tallet. I 1946 gennemførte Dansk Smede- og Maskinarbejderforbund ændringer i kluborganisationen, hvilket medførte en del sammen- og nedlæggelser. Ved samme lejlighed blev Klub 11 udskilt af forbundet som en selvstændig Afdeling 2, og klubberne fik ligeledes selvstændigt nummersystem. I årene omkring 1970 medførte ændringer i DSB’s organisationsstruktur en forandret klubstruktur. Overgangene til nye klubsystemer inden for Dansk Metal synes foregået forholdsvis smertefrit.
Dansk Metal havde den største repræsentation på Centralværkstedet, men forbundet eksisterede side om side med en række andre forbund og fagforeninger med medlemmer på Centralværkstedet, og hvoraf enkelte fandt incitament i at oprette lokale fagklubber. Dansk Arbejdsmands Forbund (oprettet 1897, senere Dansk Arbejdsmands- og Specialarbejderforbund) oprettede i 1903 Værkstedsarbejdernes Fagforening for forbundets medlemmer på Centralværkstedet. Senere i århundredet ses Værkstedsarbejdernes Fagforening at have oprettet klubber, der ligesom hos Dansk Metal tilsvarede værkstedsinddelingen. I 1968 medførte ændrede tillidsmandsområder, at klubstrukturen inden for Arbejdsmændene, som fagforeningen blev kaldt, blev inddelt i fire klubber, der stemte overens med ingeniørområder.
Ud over Dansk Metal og Dansk Arbejdsmands Forbund var Malerforbundet, Dansk El-Forbund, Træindustriarbejderforbundet i Danmark og Sadelmager- og Tapetsererforbundet i Danmark repræsenteret. Sidstnævnte havde desuden en selvstændig fagforening på Centralværkstedet.
Mens klubber eller fagforeninger var fagbevægelsens berøring med værkstedsforhold og medlemmer og dermed udgjorde det nederste led i den fagorganisatorisk struktur, eksisterede adskillige organisationer med paraplyfunktioner. I de sidste år af 1800-tallet blev der stiftet en Fællesorganisation, der dækkede alle fagorganisationer på Centralværkstedet i Aarhus, og som fungerede som talerør direkte til ledelsen. Fællesorganisationen kom sammen med fællesorganisationerne på værkstederne i Nyborg og København i starten af 1900-tallet til at referere til en overordnet fællesorganisation for hele DSB’s værkstedspersonale. Det er sandsynligvis dens spæde opstart, vi ser med oprettelsen af foreningen ”De organiserede Arbejdere paa Centralværkstederne København, Aarhus og Nyborg” i 1907. Ligeledes forsøgte man i 1910 at organisere alle DSB-arbejdere i Jylland med foreningen ”De fagorganiserede Arbejdere D.S.B. i Jylland”.
Som en pendant til de store fagforeninger, der havde medlemmer nok på Centralværkstedet til at danne selvstændige lokale fagforeninger, blev "De små fags fællesklub" stiftet i 1920 som en lokal fagforening for ansatte på Centralværkstedet, som var medlemmer af Kobbersmedenes, Blikkenslagernes, Formernes og Murernes Fagforeninger. De små fags fællesklub eksisterede frem til 1976, hvorefter medlemmerne blev overført til Dansk Metal.
Blandt Centralværkstedets funktionærer blev i starten af 1900-tallet dannet foreningen Aarhus Centralværksteds Værkmestre, hvor værkmestrene kunne drøfte anliggender af fælles interesse.
I de fleste tilfælde er de faglige organisationers udvikling og afvikling i de sidste årtier af 1900-tallet uklar. Generelt var tendensen, at faldende medarbejdertal og en højere grad af automatisering medførte fagforenings- og klubsammenlægninger. De sidste rester af Centralværkstedet blev nedlagt i 2009.