Historia Pierwszą linią kolejową, która została zbudowana na obecnym terytorium Ukrainy, było połączenie Przemyśla ze Lwowem, które było przedłużeniem linii z Krakowa. Linia długości została zbudowana w 1861 z inicjatywy Leona Sapiehy przez Cesarsko-Królewskie Koleje Państwowe () i nosiła oficjalną nazwę Kolei galicyjskiej im. Karola Ludwika (). W 1866 kolej została przedłużona do Czerniowiec, w 1869 do Brodów, a w 1870 do Tarnopola. W 1871 połączyła się z kolejami Imperium Rosyjskiego. Przed I wojną światową całkowita długość linii kolejowych wynosiła .
W piątek 17 sierpnia 1906 o 3:30 po południu pociąg 315 Lwów – Stanisławów zderzył się w okolicach pierwszego mostu z wolnym parowozem, który miał dojechać na tzw. „tory dezynfekcyjne”. Lekko i ciężej rannych zostało około 55 osóbKatastrofa kolejowa na głównym dworcu we Lwowie. „Kurier Lwowski”, 224 (19 sierpnia 1906), s. 4..
W szóstą rocznicę polskiego oswobodzenia Lwowa z 1918 podczas wojny polsko-ukraińskiej w 1924 odsłonięto Krzyż Obrony Lwowa na gmachu Dyrekcji Kolei Państwowej.
W 2011 Kolej Lwowska uroczyście obchodziła 150-lecie działalności.
Przedsiębiorstwo utrzymuje Muzeum Historii Kolei Lwowskiej ( – Muzej istoriji lwiwśkoji zaliznyci) z siedzibą we Lwowie.