Prva pruga u Bosni i Hercegovini puštena je u saobraćaj u decembru 1872. godine od Banja Luke do Dobrljina kod Bosanskog Novog (Novi Grad). Njena gradnja počela je u proljeće 1871. godine po odluci osmanskog sultana Abdul Aziz Hana i trebala je da poveže Istanbul sa Bečom, zbog čega su je nazvali Carigradska magistrala. Bila je to pruga normanog kolosijeka (Širina:1435 mm) u dužini od 101,6 km, a na kojoj je izgrađeno 13 mostova. U ložionici u Banjoj Luci bilo je 5 lokomotiva od kojih su dvije bile izgrađene u Njemačkoj a tri u Belgiji. Saobraćaj na ovoj pruzi je obustavljen 14. Novembra 1875. godine zbog nedovoljnog broja putnika i roba.
Nakon Berlinskog kongresa (1878) Austrougarske vlasti 1879. godine ponovo uspostavljaju saobraćaj od Banje Luke do Dobrljina. Pošto je željeznička stanica bila u Predgrađu, Austrougarske vlasti grade 3 km pruge i prave poveznicu sa gradom. Tada je izgrađena i zgrada glavne željezničke stanice u kojoj se sada nalazi Muzej savremene umjetnosti. Ovu zgradu u novembru 2007. godine Komisija za očuvanje nacionalnih spomenika BiH proglasila je nacionalnim spomenikom Bosne i Hercegovine.
Povezivanje Banja Luke sa Dobojom i Sarajevom dolazi tek nakon Drugog svjetskog rata. Oko 70 hiljada omladinaca je 1953. godine izgradilo željezničku prugu Banja Luka – Doboj u dužini 95,10 km čime je ostvarena i veza sa Sarajevom. Željeznička pruga Banja Luka Grad – Banja Luka Predgrađe ukinuta je 1968. godine, tako da je Banja Luka Predgrađe ponovo postala stanica Banja Luka. Od te stare pruge još je ostala Željeznička mala stanica koja se sada nalazi uz administrativni centar Vlade Republike Srpske i služi kao ugostiteljski objekat.
Banjalučka željeznica je u periodu socijalističke Jugoslavije bila jedna od modernih evropskih željeznica i pored putničkog saobraćaja bavila se prevozom resursa i roba. Željeznička pruga bila je tako povezana sa svim industrijskim centrima. Svaka velika fabrika imala je prugu kroz koju je prolazio voz čiji su se vagoni punili robom i prevozili širom Jugoslavije i u Evropu. Tako je željeznica bila jedno od temelja socijalističkog razvoja.
Početkom ratnih sukoba željeznica u BiH će stradati i biće meta birokratske i privatizacijske pljačke. Tako se tokom 1992. godine državna željeznica razbija na entitetsku, pa banjalučka željeznica postaje dio Željeznica RS-a čije sjedište postaje prvo Banja Luka do 1996. godine, a onda Doboj. U periodu od 1996. godine do 2011. godine broj putnika je pao na petinu, a do 2014. godine ŽRS je naparvila gubitke od 263 miliona KM. Zbog nedostatka razvoja infrastrukture i usluga putnički saobraćaj propada i njega u velikoj mjeri mijenjaju autobusi.
Restrukturiranje ŽRS započelo je 2017. godine i prvobitno je planirano da traje do kraja 2021. godine. Međutim, kao što je često slučaj u BiH taj process još traje. Proces restrukturiranja je bio dio šireg plana za modernizaciju i finansijsku stabilizaciju preduzeća, koji je obuhvatao smanjenje broja zaposlenih, reorganizaciju preduzeća i povećanje efikasnosti u poslovanju. Ovaj proces je sprovođen uz podršku Međunarodnog monetarnog fonda (MMF). Plan restrukturiranja je uključivao i promene u strukturi preduzeća, uključujući razdvajanje funkcija koje se tiču upravljanja infrastrukturom i onih koje se tiču prevoza, kako bi se uskladile sa evropskim standardima. Ključni ciljevi restrukturiranja, poput smanjenja broja zaposlenih i reorganizacije poslovanja, postignuti su do 2021. godine, Broj zaposlenih u ŽRS značajno je smanjen. Do 2021. godine, više od 1000 radnika je napustilo preduzeće kroz različite programe socijalnog zbrinjavanja, uključujući otpremnine i penzionisanje. i doveden je na planirani nivo od 2100 radnika.
Broj zaposlenih na ŽRS sada je oko 1900 radnika, jer dio radnika je nastavio da napušta preduzeće zbog loših primanja i radnih uslova. S obzirom na iskustva privatizacije u RS i ovo restrukturiranje bi moglo završiti na sličan način, da se oni dijelovi ŽRS koji su profitabilni ostave, a neperspetkivni dijelovi unište kako bi se imovina ovog preduzeća mogla prodati u bescjcnje licima bliskim vlasti. Zbog toga se može reći i da je budućnost banjalučke željeznice neizvjesna.
