Diegem ligt aan de spoorlijn Brussel–Leuven–Luik (lijn 36). De lijn Brussel–Leuven werd in de jaren 1860 aangelegd; de eerste stoomtrein door Diegem wordt op 17 december 1868 vermeld. Het stationsgebouw kwam klaar in 1904, met een overweg; de lijn werd in 1954 geëlektrificeerd.
De uitbreiding tot vier sporen vanaf 1971 bracht grote werken mee: een brug van 300 meter over de Woluwelaan (1972) en een nieuwe tunnel onder de Mommaertslaan, die op 25 mei 1973 onder de sporen werd geschoven. Het oude station, op zijn heuvel tussen Van der Aastraat en Tenaertslaan, werd gesloopt. Het nieuwe station (26 × 10 m) werd in 1974 gebouwd en kwam in het voorjaar van 1975 in gebruik.
Oude prentkaarten tonen het stationsplein met cafés als het ‘Café de la Gare’ en ‘Au repos des voyageurs’ (begin 20ste eeuw).
Bruggen, tunnel en een nieuw station
De eerste stoomtrein reed op 17 december 1868 door Diegem, twee dagen na de officiële opening van de lijn. In 1952 besliste het schepencollege de overweg bij het station door een tunnel te vervangen. Toen de lijn vanaf 1971 vier sporen kreeg, waren bijna alle bruggen te smal, de tunnels te kort en de stations te dicht bij het spoor. Het oude station op zijn heuveltje werd afgebroken; in 1974 kwam 15 meter verder een nieuw station van 26 op 10 meter, dat in het voorjaar van 1975 in gebruik kwam.
Het werk aan de spoorbrug in de Kosterstraat zette in 1973-1974 kwaad bloed. De bewoners van de Drielindenwijk moesten maandenlang zo'n 2 kilometer omrijden, en de beloofde noodbrug kwam er niet. Overal hingen raamaffiches ‘Wij willen een noodbrug!’; met borden en spandoeken werd de gemeenteraad bestormd, en na de ontruiming van de raadszaal trok men naar de Gildezaal voor een volksvergadering. De gemeente legde een gratis busdienst in, en begin augustus 1974 mochten de voetgangers weer over de brug.