La ligne Lyon-Bordeaux est une liaison ferroviaire transversale française desservant le Massif central. Elle fut mise en service par tronçons car la partie orientale concernait la compagnie du PLM alors que la partie occidentale échut au PO. Dans sa partie Est, cette ligne est considérée comme difficile, en particulier entre Roanne et Tarare avec la rampe d'accès de 25 pour mille de pour accéder au tunnel des Sauvages permettant le franchissement du col des Sauvages dans les monts du Lyonnais.
Deux itinéraires ont été exploités : le plus court, disparu en 2008, via Clermont-Ferrand, est le plus escarpé ; l'autre, plus long, avec quatre rebroussements mais au profil plus facile, via Limoges, disparu en 2012. La jeune société Railcoop avait projeté de refaire circuler des trains par ce dernier itinéraire, avant sa liquidation en 2024.
En novembre 2025, la SNCF annonce la mise en service d'une nouvelle ligne reliant Bordeaux et Lyon en cinq heures à l'horizon mi-2027. Cette ligne contournera le Massif central par le nord et passera au sud de l'Île-de-France par la gare de Massy TGV.
La liaison Bordeaux – Lyon ne correspond à aucune ligne ferroviaire unique du réseau ferré national, mais en est constituée de plusieurs, dans leur intégralité ou partiellement, comme les lignes Coutras – Tulle, Limoges – Périgueux, Montluçon – Saint-Sulpice-Laurière, Clermont-Ferrand – Saint-Just-sur-Loire ou encore Moret - Veneux-les-Sablons – Lyon-Perrache.
Historique vignette|Train Corail « Le Ventadour » (trajet via Clermont-Ferrand) en gare d'Ussel en 2003.
C'est en 1853, que remonte l'origine du grand rêve de réaliser une liaison ferroviaire entre Bordeaux et Lyon. Ainsi, le duc de Morny, associé à des notables aussi bien investis dans la politique que dans les affaires seront à l'origine de la création de la Compagnie du chemin de fer du Grand Central avec la volonté affichée de construire une ligne reliant Bordeaux à Lyon à travers le Massif central. C'est ainsi qu'allait débuter toute une série de péripéties où la Compagnie du Grand Central mènera une bataille acharnée pour obtenir des concessions de lignes pour les réaliser à travers le Massif central. La concurrence sera rude, face à des grandes compagnies de chemins de fer telles que celles du « Paris Orléans » (PO) ou du « Paris Lyon Méditerranée » (PLM). En conséquence, la Compagnie du Grand Central finira par être dépecée par ses deux concurrents au cours de l'année 1857 après avoir construit plusieurs sections de lignes ferroviaires comme Coutras – Périgueux, Clermont-Ferrand, Moulins – Saint-Germain-des-Fossés – Roanne – Saint-Étienne – Lyon ou Aubin – Capdenac – Montauban. De la concession concernant les deux grandes transversales Lyon – Bordeaux (via Brive et via Limoges) la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée récupéra les lignes situées à l'Est de Clermont-Ferrand et Saint-Germain-des-Fossés et la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans la partie restante située à l'Ouest. Il faudra cependant attendre les environs de la fin des années 1860 pour voir sur les deux parcours circuler des trains de bout en bout.
La Première Guerre mondiale, même si elle entraîna à certaines périodes une baisse de trafic, allait montrer une nouvelle utilité des liaisons transversales pour permettre l'alimentation du front et faciliter l'aide des Américains arrivant par les ports de l'Atlantique. Cette situation permit une certaine modernisation des installations à Périgueux (création d'un shunt du point de rebroussement), à Limoges (modernisation du dépôt) et amélioration de l'exploitation entre Limoges et Montluçon.
La période de 1913 à 1919 allait faire naître certains grands projets transcontinentaux mais qui ne seront jamais réalisés : 1913 : idée de réaliser un Transeuropéen qui irait de Cadix à Moscou en passant par Madrid, Agen, Lyon, Genève, Munich et Vienne 1916 : Paul Claudel et Édouard Herriot exposèrent le projet d'une liaison entre Bordeaux et Odessa en Ukraine via Limoges et Lyon.
Toute cette excitation allait mener vers des réflexions plus concrètes : « Comment améliorer la liaison Limoges – Saint-Germain-des-Fossés ? » qui était déjà la zone aux parcours les plus difficiles entre Bordeaux et Lyon. La Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans proposait même en 1917 une ligne nouvelle reliant Limoges à Saint-Germain-des-Fossés en passant par Bourganeuf et Aubusson… Ce projet est resté sans suite jusqu'à nos jours.
En 1918 les projets très ambitieux redoublèrent. avec l'idée de relier l'Atlantique à la mer Noire via Lyon, Milan, Venise, Trieste, Belgrade et Bucarest avec le stratagème de contourner l'Allemagne défaite par le sud : c'était le projet de ligne du , le métropolitain de l'Europe, la barrière antigermanique.
De 1919 à 1935, des études se poursuivront pour améliorer cette liaison sans jamais aboutir : renforcement de la ligne Saint-Germain-des-Fossés – Lyon et électrification de Roanne à L'Arbresle, ligne nouvelle électrifiée à double voie entre Saint-Germain-des-Fossés et Limoges avec des courbes au rayon ne descendant jamais en dessous de et des rampes n’excédant jamais les , suppression des rebroussements de Gannat dans l'Allier et Saint-Sulpice-Laurière en Haute-Vienne.
De façon plus pragmatique, durant la première moitié du , de nombreuses circulations « Inter réseau » fonctionneront en utilisant les infrastructures existantes. Ainsi la gare de Guéret verra passer des trains Bordeaux – Milan, Bordeaux – Genève, Bordeaux – Strasbourg via Moulins et la Bourgogne ou encore Vichy – Nantes, accordant une place pour les voyageurs séduits par le thermalisme.
Avec des fréquentations moins prestigieuses, la liaison Bordeaux – Lyon via Brive se spécialisera dans la desserte de l'Auvergne (Clermont-Ferrand) et ses stations thermales (Vichy, La Bourboule, Le Mont-Dore…).
En 1938, la liaison Bordeaux-Lyon est exploitée par une seule compagnie, la SNCF, tout juste créée par la fusion des cinq plus grandes compagnies françaises (Est, Nord, État, PO et PLM).
Depuis les années 1930., les lignes ferroviaires du Massif central seront de plus en plus confrontées à la concurrence automobile, et la Seconde Guerre mondiale laissera un réseau ferroviaire en mauvais état à la suite des bombardements alliés et de diverses actions de la Résistance française.
En 1954, l'apparition des autorails RGP (Rame à grand parcours), en complément puis en remplacement des autorails Renault ABJ, apportera de substantielles améliorations aux liaisons de jour grâce à leur réversibilité (le conducteur ne mettant que trois minutes pour changer de cabine dans les gares de rebroussement).
En 1957, une liaison temporaire d'été en train auto-couchettes avec des places assises est créée entre Saint-Gervais-les-Bains et La Rochelle via Lyon, Montluçon, Limoges, Angoulême et Saintes. Elle fonctionnait les jours de fin de semaine. Vers 1965, les liaisons nocturnes Bordeaux – Genève et Saint-Gervais-les-Bains – La Rochelle verront leurs locomotives à vapeur (141 E ou 141 F) remplacées par des locomotives diesel A1AA1A 68000.
À partir de 1973, l'unique aller-retour par autorail RGP de première classe Bordeaux – Limoges – Lyon – Genève est remplacé par deux aller-retours quotidiens Bordeaux – Limoges – Lyon (avec abandon de la desserte de Genève) désormais assurés par des Rames à turbine à gaz (RTG), comportant les deux classes, qui constitueront par leur puissance (deux turbines Turboméca) et leur confort (voiture-restaurant et climatisation) un nouveau progrès pour le voyageur. Les rames RGP continueront de compléter cette relation en effectuant trois aller-retours quotidiens entre Limoges et Bordeaux. Malgré une vitesse maximale autorisée de , l'absence d'investissements lourds sur une ligne au parcours très accidenté ne permettra pas une amélioration substantielle du temps de trajet.
L'express Corail « le Ventadour », Bordeaux – Lyon – Grenoble, remplaçant la rame RGP de première classe puis modifiée à deux classes, était le seul train prestigieux à parcourir la ligne sur l'itinéraire sud, via Clermont-Ferrand et Tulle, où, avant les TER, les dessertes régionales étaient assurées d'abord par des X 2400 puis par les fameux X 2800 qui perduraient encore en 2005. L'express Corail fut créé en 1982 et tracté dès le début par les prestigieuses CC 72000 peu adaptées à ce profil de voie. Puis ce fut plus simplement des couplages de BB 67400 avec une rame de 4 ou 5 voitures Corail. Malgré une fréquentation correcte, « le Ventadour » est toujours remis en cause. Il n'est qu'à circulation périodique, à fréquence de plus en plus faible chaque année, alors qu'avant 1994 il fonctionnait toute l'année.
À l'arrivée du TGV Atlantique, pour assurer son remplissage, la liaison estivale Lyon – La Rochelle qui rebroussait en gare de Limoges-Bénédictins est détournée en 1990 par Vierzon et Tours puis supprimée. En 1994, la SNCF supprime un aller-retour effectué par les Turbotrain. Le train auto-couchettes circulant de nuit par Limoges et Guéret verra sa composition considérablement réduite à 3 ou 4 voitures. Autant dire que ces mesures provoqueront une baisse de la fréquentation encore plus redoutable et un enclavement ferroviaire du Massif central désormais dramatique. Ce même train, durant ses dernières années d'existence, ne desservira même plus les gares de Guéret et Montluçon étant attelé au train Rhône-Océan à Vierzon avant d'être supprimé en 2004.
La liaison quotidienne via Limoges a été supprimée fin 2012, à l'occasion de travaux sur la ligne (Plan Rail Auvergne et Limousin). Quant à la liaison par le Sud via Brive et Tulle, cette relation ferroviaire est supprimée sine die également à la suite de la fermeture de la section Ussel – Laqueuille le . La notion de rentabilité semble avoir été mise en avant pour justifier cette position.
Services vignette|X 72500 de la région Rhône-Alpes à Saint-Sulpice-Laurière en 2008.
Pour relier Lyon et Bordeaux, il existe principalement deux itinéraires ferroviaires : l'un via Limoges, l'autre via Clermont-Ferrand. Ces deux itinéraires divergent entre Saint-Germain-des-Fossés et Périgueux.
Itinéraire nord L'itinéraire nord, le plus long mais le moins accidenté, passe par Montluçon, Guéret et Limoges. C'est cet itinéraire qu'empruntaient les Turbotrains RTG Lyon-Bordeaux jusqu'en 2004. De 2004 à 2007, il ne subsiste qu'un aller-retour assuré par une rame Corail tractée avec une locomotive de type BB 67000. L'utilisation de ce type de matériel était particulièrement pénalisante car dans les gares de rebroussement telles que Périgueux, Saint-Sulpice-Laurière, Gannat et Saint-Germain-des-Fossés il fallait que la locomotive effectue un tête à queue pour repartir. Le temps de parcours entre Bordeaux et Lyon a alors dépassé les . Depuis , la situation s'était améliorée avec le remplacement de cette rame tractée par des autorails de type X 72500 mis à la disposition par les régions traversées. Par ailleurs, le point de rebroussement de Saint-Germain-des-Fossés avait été supprimé, ce qui permettait d'effectuer la liaison Limoges – Lyon en moins de et celle de Bordeaux – Lyon en . Ce train a été supprimé depuis le entre Limoges et Lyon.
Itinéraire sud vignette|gauche|XGC sur un Clermont-Ferrand - Lyon empruntant le raccordement de Saint-Germain-des-Fossés en 2007. vignette|Un TGV Dijon – Lyon – Bordeaux à Montpellier.