Sua história tem início em março de 1870, ano em que foi outorgada a um grupo de fazendeiros da região de Itu concessão para construção de uma estrada de ferro ligando aquela cidade à Jundiaí, com extensão para Sorocaba. O longo desenvolvimento que se daria até a capital paulista, perfazendo cerca de 170 km, causou desconforto aos sorocabanos que almejavam um caminho mais curto para escoar a produção algodoeira e têxtil da região.
Assim, um grupo de dissidentes do consórcio que formaria a Companhia Ytuana, guiados pelo húngaro Luiz Matheus Maylasky, optou por constituir uma nova companhia. Com apoio da Assembleia Provincial paulista sob o entendimento de que a ligação direta com uma extensão de Sorocaba a São João de Ypanema, onde se localizava a Real Fábrica de Armas, atenderia melhor as necessidades econômicas da região e estratégicas do país, foi autorizada pelo Império em 1871 a construção de uma estrada de ferro entre São Paulo e Ypanema, em bitola de 1,00 m, outorgada a Companhia Sorocabana.

A 10 de julho de 1875 foi inaugurado o primeiro trecho com 110 km, entre São Paulo e Sorocaba, e a extensão até Ypanema em 29 de outubro de 1879.
Com problemas financeiros desde o início da construção devido à crise do algodão, a Companhia optou por prolongar a linha até a próspera zona produtora de café que se desenvolvia a noroeste de Sorocaba. Em janeiro de 1883 era aberto o prolongamento até Tietê. Em 1889 sua linha tronco chegava a Botucatu, um ano depois de inaugurado parte de seu primeiro ramal, até Tatuí, cujo ponto final era Itapetininga.
Os prolongamentos não sanaram os problemas financeiros, situação também averiguada na Companhia Ytuana que, desde sua inauguração, sofria do mesmo mal. Em situação difícil, chegaram a um acordo de fusão em 1892, sendo constituída a Companhia União Sorocabana Ytuana – CUSY.
O intento não surtiu o resultado esperado, culminando na falência da CUSY em 1904. Durante um ano foi administrada pelo Governo Federal que, em 1905, a transferiu para o Estado de São Paulo, ano em que se deu a conclusão do ramal de Bauru partindo de Botucatu.
Em 1907 foi arrendada à Brazil Railway Co., dirigida pelo norte-americano Percival Farqhar, a quem coube a administração da ferrovia até 1919, ano em que foi decretada sua falência. Neste período, além da extensão da linha tronco até Presidente Bernardes, inaugurada em 1919, foram construídos dois importantes prolongamentos: de Itapetininga a Itararé em 1910, estabelecendo a ligação entre São Paulo e o extremo sul do país através das linhas da E. F. São Paulo Rio Grande e da Compagnie Auxiliaire de Chemins de Fer au Brésil; e de Indaiatuba a Campinas em 1914, ligando-se à Companhia Mogiana.
Sob administração estadual, a então denominada Estrada de Ferro Sorocabana viveu o melhor período de sua história. Em 1922 chegou ao porto de Presidente Epitácio, às margens do Rio Paraná. Em 1937 deu-se por encerrada a obra da tão sonhada ligação Mairinque – Santos. Com a construção de novos ramais e a incorporação de outras ferrovias, chegou ao ápice de sua extensão em 1959 com 2.172 quilômetros.
A partir dos anos de 1920 foram empreendidas melhorias substanciais na linha tronco com a substituição de traçados antigos por outros mais modernos. Entre os anos 30 e 50 foi iniciada a introdução da tração elétrica e diesel em substituição da tração a vapor e realizado um extenso programa de modernização da frota de vagões e carros de passageiros, além da construção de grandes estações e oficinas. Investimentos necessários ao grande volume de transporte de sua malha e que permitiram à Sorocabana figurar como recordista nacional de toneladas-quilômetro transportadas entre o final dos anos 40 e início dos anos 50.

Fachada principal das oficinas de Sorocaba, inaugurada em 1928. (col. Rafael Prudente Corrêa)
A partir dos anos de 1950 o setor ferroviário gradativamente perdeu espaço no cenário nacional. A onda de déficits e redução dos investimentos colimaram para a degradação dos serviços. Com objetivo de sanar os problemas e reduzir o custeio da malha ferroviária sob sua administração, o Governo do Estado iniciou em 1962 um processo de unificação, cujo desfecho se deu em 1971 com a criação da Ferrovias Paulistas S/A – Fepasa.
Apesar dos esforços e de grandes investimentos a Fepasa chegou aos anos de 1990 com graves problemas financeiros e técnicos. Transferida para o Governo Federal em 1997 foi incluída no plano de privatização da malha ferroviária nacional. Desde 1º de janeiro de 1999 a operação da malha ferroviária da antiga Fepasa voltou para o setor privado, atualmente concedida à Rumo Logística.

Emblema utilizado entre os anos de 1920 e 1960.
