Diegem liegt an der Bahnstrecke Brüssel–Löwen–Lüttich (Linie 36). Die Strecke Brüssel–Löwen wurde in den 1860er Jahren gebaut; der erste Dampfzug durch Diegem ist für den 17. Dezember 1868 belegt. Das Bahnhofsgebäude wurde 1904 fertiggestellt, mit einem Bahnübergang; die Strecke wurde 1954 elektrifiziert.
Der viergleisige Ausbau ab 1971 brachte große Bauarbeiten: eine 300 Meter lange Brücke über die Woluwelaan (1972) und einen neuen Tunnel unter der Mommaertslaan, der am 25. Mai 1973 unter die Gleise geschoben wurde. Der alte Bahnhof auf seinem Hügel zwischen Van der Aastraat und Tenaertslaan wurde abgerissen. Der neue Bahnhof (26 × 10 m) wurde 1974 gebaut und im Frühjahr 1975 in Betrieb genommen.
Alte Postkarten zeigen den Bahnhofsplatz mit Cafés wie dem ‚Café de la Gare‘ und ‚Au repos des voyageurs‘ (Anfang 20. Jahrhundert).
Brücken, Tunnel und ein neuer Bahnhof
Der erste Dampfzug fuhr am 17. Dezember 1868 durch Diegem, zwei Tage nach der offiziellen Eröffnung der Strecke. 1952 beschloss das Schöffenkollegium, den Bahnübergang am Bahnhof durch einen Tunnel zu ersetzen. Als die Strecke ab 1971 viergleisig ausgebaut wurde, waren fast alle Brücken zu schmal, die Tunnel zu kurz und die Bahnhöfe zu nah am Gleis. Der alte Bahnhof auf seinem Hügel wurde abgerissen; 1974 entstand 15 Meter weiter ein neuer Bahnhof von 26 auf 10 Metern, der im Frühjahr 1975 in Betrieb ging.
Die Arbeiten an der Bahnbrücke in der Kosterstraat sorgten 1973–1974 für böses Blut. Monatelang mussten die Bewohner des Drielinden-Viertels einen Umweg von etwa 2 Kilometern machen, und die versprochene Behelfsbrücke kam nie. Überall hingen Fensterplakate ‚Wir wollen eine Behelfsbrücke!‘; mit Schildern und Transparenten wurde die Ratssitzung gestürmt, und nach der Räumung des Saals zog man zur Gildezaal zu einer Volksversammlung. Die Gemeinde richtete einen kostenlosen Busdienst ein, und Anfang August 1974 durften die Fußgänger wieder über die Brücke.