Diegem se trouve sur la ligne Bruxelles–Louvain–Liège (ligne 36). La ligne Bruxelles–Louvain fut construite dans les années 1860 ; le premier train à vapeur à Diegem est signalé le 17 décembre 1868. Le bâtiment de la gare fut achevé en 1904, avec un passage à niveau ; la ligne fut électrifiée en 1954.
La mise à quatre voies à partir de 1971 entraîna de grands travaux : un pont de 300 mètres au-dessus de la Woluwelaan (1972) et un nouveau tunnel sous la Mommaertslaan, glissé sous les voies le 25 mai 1973. L’ancienne gare, sur sa butte entre la Van der Aastraat et la Tenaertslaan, fut démolie. La nouvelle gare (26 × 10 m) fut construite en 1974 et mise en service au printemps 1975.
D’anciennes cartes postales montrent la place de la gare avec des cafés comme le « Café de la Gare » et « Au repos des voyageurs » (début du XXe siècle).
Ponts, tunnel et nouvelle gare
Le premier train à vapeur traversa Diegem le 17 décembre 1868, deux jours après l'ouverture officielle de la ligne. En 1952, le collège échevinal décida de remplacer le passage à niveau de la gare par un tunnel. Quand la ligne fut portée à quatre voies à partir de 1971, presque tous les ponts étaient trop étroits, les tunnels trop courts et les gares trop près des voies. L'ancienne gare sur sa butte fut démolie ; en 1974, une nouvelle gare de 26 mètres sur 10 fut bâtie 15 mètres plus loin et mise en service au printemps 1975.
Les travaux au pont ferroviaire de la Kosterstraat suscitèrent la colère en 1973-1974. Pendant des mois, les habitants du quartier des Drie Linden durent faire un détour d'environ 2 kilomètres, et le pont provisoire promis ne vint jamais. Des affiches « Nous voulons un pont provisoire ! » pendaient à toutes les fenêtres ; on prit d'assaut le conseil communal avec pancartes et banderoles, et après l'évacuation de la salle on se rendit en cortège à la Gildezaal pour une assemblée populaire. La commune organisa un service de bus gratuit, et début août 1974 les piétons purent de nouveau passer le pont.