La caserne dite Paixhans est liée à la réforme du service militaire qui devient par la loi du 27 juillet 1872 universel ce qui engage une massification des armées. Deux mois avant la loi, le ministre de la guerre interroge les préfets pour l'accueil de régiments d'artillerie composés de plus de 1000 hommes et de chevaux. Les villes qui se portent candidates doivent certifier d'un engagement financier mais également de la disponibilité de terrain pour y établir caserne et polygone de tir.

Dès 1873, Le Mans accueille l'état-major de la IVe région militaire, ce qui implique la construction de casernes pour loger l'ensemble des régiments qui lui sont liés. Le choix des terrains porte rapidement sur ceux à proximité de la caserne Cavaignac notamment pour des questions de prix de terrain et de possible raccordement par chemin de fer. La volonté de créer un nouveau quartier d'artillerie, juste à proximité de la caserne Cavaignac a également motivé la désignation de cet emplacement. La construction de la caserne Paixhans est actée par décret présidentiel le 21 mars 1874, sur les terres agricoles de la ferme de la Hardière. La première phase de construction s'achève en 1878. Elle reprend l'architecture de la caserne d'infanterie modèle avec trois bâtiments formant U autour de la cour d'honneur. Les questions d'hygiène étaient alors une priorité et la nécessité de nombreuses ouvertures percées sur l'ensemble des façades des trois bâtiments longs de 135 mètres et comprenant 134 fenêtres par gouttereaux. De plus, la dissociation du casernement des soldats des bâtiments d'écurie permet d'apporter une certaine hygiène. Le casernement adopté par la commission supérieure nommée par le ministre de la Guerre est celui développé par Maurice et Cie. Les soldats sont répartis par escadron et les écuries sont relayées à l'arrière des bâtiments à logement. Ces bâtiments sont disposés autour de la place d'armes et forment un alignement de pignons percés d'une porte et de deux fenêtres.

A delà de ces considérations hygiénistes, l'esthétique de la caserne reprend une architecture caractéristique de la IIIe République. Monumentalité, symétrie, classicisme s'affirment à la caserne et offrent un édifice relativement sobre avec un décor façade contenu à la modénature en tuffeau (encadrement en arc segmentaire avec agrafe saillante et corniche à entablement). L'axe de symétrie est souligné sur le bâtiment en fond de cour par la présence d'un lanternon et d'une horloge au sommet de la travée centrale. Pour les écuries, les bâtiments de casernement et la chapelle, l'usage de la brique aux encadrements tranchent avec les bâtiments de la cour d'honneur mais ils reprennent la symétrie et la sobriété propre à ce type d'architecture sous la IIIe République.

Le type d'écuries retenu à Paixhans est celui des écuries-dock à structure métallique qui permet une disposition des bâtiments en alignement parallèle.

En 1880, la caserne contient 1500 hommes. A partir de la Première Guerre mondiale, les officiers s'installent dans la ville du Mans, autour de la caserne. Durant la Seconde Guerre mondiale, les troupes allemandes récupèrent les bâtiments et les utilisent comme centre administratif.

Après la Seconde Guerre mondiale, les modifications dans l'armée française entraînent la dissolution des subdivisions de la Sarthe et de la Mayenne. Cela entraîne un réaménagement du quartier dit de l'artillerie. Pierre Vago, architecte en chef de la Reconstruction du Mans propose la construction d'une voie entre la caserne Paixhans et le quartier Cavaignac. Le percement est coté en conseil municipal en 1946 et sépare définitivement les deux quartiers militaires et annonce la réhabilitation de la caserne Cavaignac en collège technique.

La caserne Paixhans est alors transformée en centre d'instruction et d'organisation du matériel, centre d'appel pour les jeunes des classes de la Sarthe, la Mayenne, l'Ille-et-Vilaine, la Manche et l'Orne puis de l'école militaire préparatoire et technique. Les baraquements autour de la place d'armes sont alors réinvestis en salle de classe, les écuries servent également et des cours spécifiques à la connaissance du cheval sont assurés comme l'indique notamment la conservation de la fresque anatomique du cheval dans les bâtiments vétérinaires.

L'école ferme progressivement entre 1982 et 1985. A cette date, une école de gendarmerie est créée. En 2015, le site devient également un pôle administratif de l'Etat.