thumb|Locomotive CFL type série 55 (série 42 en Allemagne), photographiée ici en France. L'histoire des chemins de fer luxembourgeois commence au milieu du . Le développement de la voie ferrée au Luxembourg est liée de la volonté de relier le Grand-Duché aux États voisins puis au développement des industries minières et sidérurgiques, longtemps moteurs de l'économie du grand-duché.
Il faudra cependant attendre la fin de la Seconde Guerre mondiale pour voir apparaître une compagnie ferroviaire nationale unique succéder aux différentes compagnies privées, bien que l'unification fut dans la pratique réalisée sous l'occupation par la Deutsche Reichsbahn.
Histoire Le réseau Guillaume-Luxembourg vignette|Carte du réseau AL, et donc du Guillaume-Luxembourg, en 1919. Les premières négociations pour la création d'une ligne de chemin de fer sur le territoire du Grand-Duché débutent en 1845, elles aboutissent à une première convention signée le Jean Ulveling, « Exposé des bons résultats de notre économie », Publications de la société pour la recherche et la conservation des monuments historiques dans le Grand-Duché de Luxembourg, XXII, année 1866, imprimerie-librairie V. Buck, Luxembourg, 1867. p.127 (intégral (consulté le 17 mai 2011). avec la Grande Compagnie du Luxembourg, une société anglaise, elle n'aura pas de suite immédiate et fut déchue de ces concessions après 1848. Quelques années plus tard, le gouvernement est autorisé à négocier avec des sociétés privées par la loi du , qui prévoit la garantie d'un intérêt minimum de 3 %.
En 1853, le luxembourgeois , qui travailla longtemps au Mexique en tant qu'ingénieur et géologue, publie un pamphlet montrant les avantages économiques majeurs pour l'agriculture, le commerce et l' qui résulteraient d'un réseau ferroviaire national connecté aux pays voisins.
Le , après cinq ans de négociations en particulier concernant la desserte de la capitale, la chambre des députés adopta une loi créant un réseau ferroviaire luxembourgeois, qui devait être relié aux lignes de chemin des pays voisins. Dans ce but est créée la Société royale grand-ducale des chemins de fer Guillaume-Luxembourg (GL) le , la compagnie porte le nom de Guillaume III, alors roi des Pays-Bas et Grand-duc de LuxembourgSite legilux.public.lu, Mémorial A n°7 de 1857, document officiel de 20 pages, comprenant les statuts de la société, en téléchargement. lire (consulté le 21 mai 2011).. Le suivant, elle signe un traité avec la Compagnie des chemins de fer de l'Est qui convient que la compagnie de l'Est s'engage pour 50 ans à exploiter les lignes concédés au Guillaume-Luxembourg avec son propre matériel, personnel et moyensR. Demeur, Les chemins de fer français en 1860: Statuts des compagnies, notices historiques-situations financières avec une introduction, Chez l'éditeur, 1860 107 intégral (consulté le 22 mai 2011)..
Quatre lignes principales ont été construites, en étoile avec pour centre la ville de Luxembourg ; en raison de l'opposition de la population locale, les lignes ont été construites en évitant les villages et les vignobles : Luxembourg à la frontière française, vers Thionville, ouverte le (actuelle ligne 6) ; Luxembourg à la frontière belge, vers Arlon, ouverte le (actuelle ligne 5) ; Luxembourg à la frontière prussienne, vers Trèves, ouverte le (actuelle ligne 3) ; Luxembourg à la frontière prussienne, par Weiswampach, dans la direction de Schleiden, Aix-la-Chapelle et Cologne (aussi appelée ligne du Nord), ouverte par étapes entre 1862 et 1867 (actuelle ligne 1 et section Ettelbruck-Diekirch de l'actuelle ligne 1a).
Deux lignes secondaires ont été construites pour transporter le minerai de fer vers les hauts-fourneaux de Dommeldange : Bettembourg - Esch-Alzette, ouverte le (actuelle ligne 6a) ; Noertzange - Rumelange - Ottange, ouverte le (actuelle ligne 6c).
La loi du prévoyait la construction d'une nouvelle ligne de chemin de fer de Bettembourg à Sarrebruck via Remich, sans passer par Trèves. Ce projet, nonobstant l'adoption de la loi, n'a jamais été réalisé. Les ingénieurs concepteurs de la première heure étaient Édouard Grenier et Auguste Letellier. Ils ont construit entre autres la Passerelle et les viaducs ferroviaires construits par la société britannique Waring Brothers.
Le cœur du réseau Guillaume-Luxembourg est la gare de Luxembourg, ouverte en 1859 et vit, pour le trajet inaugural, la création du chant patriotique de Feierwon (le char de feu en luxembourgeois). La gare est construite à de la Ville-Haute à cause de la forteresse de Luxembourg qui était toujours active ; cette situation géographique poussera à la création de la Passerelle et du tramway puis au début du du pont Adolphe.
Les conditions fixées le sont modifiées par le traité du : désormais les Chemins de fer de l'Est reprennent à bail le réseau Guillaume-Luxembourg, moyennant une rente fixe de .
Le , si la compagnie des chemins de fer de l'Est perd la gestion du réseau ferroviaire de l'Alsace-Lorraine annexée par l'Empire allemand, elle garde jusqu'en 1872 celle du réseau Guillaume-Luxembourg, bien que devenu quasiment isolé du reste, qui est ensuite repris par la Direction générale impériale des chemins de fer d'Alsace-Lorraine (EL).
La Direction impériale fait construire au cours des deux décennies suivantes trois autres lignes, listées ci-dessous avec leurs dates d'ouverture, toujours dans le but de desservir le bassin minier : Esch-sur-Alzette à la frontière française, vers Audun-le-Tiche, ouverte le (actuelle ligne 6e) ; Bettembourg à Dudelange-Usines, ouverte le (actuelle ligne 6b) ; Tétange aux mines de Langengrund, ouverte le (actuelle ligne 6d), ainsi que le raccordement permettant d'éviter les rebroussement en gare de Noertzange (actuelle ligne 6k).
Le , la Vennbahn est raccordée au réseau Guillaume-Luxembourg et à la gare de Troisvierges..
Face à l'insistance de cette dernière, la société du Guillaume-Luxembourg accepte le Ministère des Affaires Étrangères Commission des Archives Diplomatiques Direction des Archives, 1921 - Tome II: juillet-31 Dec., Peter Lang, 2005 389 extrait (consulté le 21 juillet 2011). d'apposer sa signature à une convention qui prévoit son affermage contre une redevance annuelle de . Elle perd ainsi tout droit de regard sur la gestion et l'exploitation de son infrastructure ferroviaire.
Le réseau est repris par l'Administration des chemins de fer d'Alsace et de Lorraine (AL) le Site Archives nationales du monde du travail, Chemins de fer d'Alsace-Lorraine, référence 86 AQ (voir Site Internet, puis recherche par : Fonds d'archives\liste alphabétique\Chemin de fer\Alsace et Lorraine) (consulté le 24 octobre 2011). lorsque la France récupère l'Alsace-Lorraine et par conséquent ses infrastructures ferroviaires, que la compagnie des chemins de fer de l'Est ne souhaite récupérer en raison des infrastructures mises aux normes allemandes (conduite et signalisation à droite notamment). Enfin, le , le réseau Guillaume-Luxembourg tombe dans le giron de la Société nationale des chemins de fer français (SNCF) nouvellement créée.
Le réseau Prince-Henri vignette|Carte du réseau Prince-Henri. Carte représentant le réseau d'avant 1900.
À partir de 1864, plusieurs personnalités ont soutenu l'idée de construire un deuxième réseau de chemins de fer pour desservir le sud du pays, constatant que les gisements miniers seraient très lucratifs., et desservir plusieurs régions du nord du pays, qui restèrent non desservies par le train.. Ce réseau devait être construit autour d'un « chemin de fer de ceinture » ou , axe secondaire qui croiserait les lignes principales du Guillaume-Luxembourg en plusieurs points : de Wasserbillig à Esch-sur-Alzette en passant par la vallée de la Sûre, Ettelbruck, la vallée de l'Attert, longer la frontière belge, Kleinbettingen et Pétange, le cœur administratif et technique du réseau.
L'État, pour inciter les investisseurs à rejoindre ce projet malgré les faibles volumes de trafic, accorde des concessions minières liées aux concessions ferroviaires, en précisant que le charbon pouvait être traité et exporté librement, et non obligatoirement traité sur le sol national comme dans le cadre de concessions classiques : Cette solution fut un succès et intéressa des investisseurs belges. Parmi eux, Eugène Guyot, un imprimeur de livres bruxellois ; Simon Philippart, banquier bruxellois et à nouveau .
Afin de concrétiser ce projet, la loi du crée la Compagnie des chemins de fer Prince-Henri (PH), du nom d'Henri d'Orange-Nassau, gouverneur du Luxembourg, qui dispose des concessions ferroviaires de la compagnie des chemins de fer des bassins houillers du HainautSite legilux.public.lu Loi publiée au Mémorial A n°6 du 25.03.1869 : Loi du 19 mars 1869 par laquelle est approuvée la convention portant concession du réseau des chemins de fer Prince-Henri, lire (consulté le 23 février 2012)..
Le , le PH met en service les lignes ou sections de lignes suivantes : Pétange - Esch-sur-Alzette (actuelle ligne 6f) ; Pétange - Steinfort (tronçon de la ligne de l'Attert) ; Hagen - Kleinbettingen (tronçon de la ligne de l'Attert) ; Pétange - Rodange - Aubange (actuelle ligne 6g).
Une ligne de Bettembourg à Sarrebruck (en Prusse) via Remich fut proposée, mais ne fut jamais réalisée. Après la faillite et la refondation de la société, l'idée d'une ligne de Noerdange à Troisvierges, concurrençant la ligne du Nord du Guillaume-Luxembourg déboucha sur une concession, mais ne fut là encore jamais construite.
La même année est lancé le projet de la ligne Ettelbruck-Wasserbillig, la ligne de la Sûre, longue de en suivant la vallée de la Sûre afin d'éviter les tunnels ; la section Echternach-Wasserbillig est mise en service le . Le , la ligne Clemency-Autelbas est mise en service, de façon à raccorder le réseau PH au réseau belge sans passer par le réseau GL. Le , la liaison Pétange-Athus est ouverte (actuelle ligne 6j).
La ligne Pétange - Fond-de-Gras - Doihl ou « ligne des Minières », ligne industrielle à voie normale, est ouverte le .
En proie à des difficultés financières, la Compagnie des chemins de fer Prince-Henri (PH) fait faillite en 1877, ses actifs sont repris par la Société anonyme luxembourgeoise des chemins de fer et minières Prince-Henri (PH) la même année. En 1878, un accord est trouvé entre la nouvelle compagnie et le Guillaume-Luxembourg afin que les trains du PH puissent emprunter le réseau GL sans surcoût, ce qui rendit la ligne Clemency-Autelbas inutile, elle sera fermée en 1901 Ed Federmeyer: Eisenbahnen in Luxemburg – Band 1, page 419..
La nouvelle société s'attelle à terminer la construction du réseau : : Ouverture du tronçon Fond-de-Gras - Bois-Châtier de la ligne Pétange - Fond-de-Gras - Doihl ; 1880 : Premier train express Luxembourg - Paris, il passe par Esch-sur-Alzette, Pétange et Athus ; : ouverture du tronçon Steinfort - Ettelbruck (dernier tronçon de la ligne de l'Attert), comprenant le plus long tunnel du Luxembourg (700 m) ; : ouverture de la ligne Kautenbach - Wiltz (actuelle ligne 1b) ; : Ouverture de la ligne Rodange - Mont-Saint-Martin - Longwy (actuelle ligne 6h) ; : extension de la ligne Kautenbach-Wilz jusqu'à la frontière belge, où elle est connectée avec la ligne belge vers Bastogne. L'inconvénient de cette ligne est qu'elle n'était accessible que par le réseau Guillaume-Luxembourg (ligne Ettelbruck - Kautenbach - Troisvierges) ; : prolongement de la ligne Echternach - Wasserbillig jusqu'à Grevenmacher.
La période de 1895 à 1900 voit la création de nombreux bâtiments dans et autour du cœur du PH, la gare de Pétange : grande gare, siège social, logements ouvriers, cinq villas pour héberger le directeur et les ingénieurs.
Le , la nouvelle ligne Pétange - Dippach - Luxembourg est ouverte (actuelle ligne 7).