PKP ustanowiono w 1926 roku jako przedsiębiorstwo państwowe, mające na celu skonsolidowanie trzech systemów kolejowych działających na obszarach Polski, a przejętych po Rosji, Niemczech i Austro-Węgrach. Zakres działalności PKP obejmował zarówno transport towarowy, jak i przewóz osób, a także zarządzanie infrastrukturą kolejową.
PKP funkcjonowały jako scentralizowana jednostka aż do 2001 r., kiedy to rozpoczęto proces restrukturyzacji kolei państwowych. PKP została przekształcona w spółkę akcyjną będącą własnością Skarbu Państwa, zaś usługi przewozowe oraz zarządzanie infrastrukturą zostały wydzielone do oddzielnych spółek, kontrolowanych przez PKP.
PKP CARGO S.A. powstała w ramach tego procesu w październiku 2001 r., po otrzymaniu odpowiedniej koncesji od Ministra Transportu. Spółka przejęła część towarową dawnej PKP (pracowników, tabor, bocznice, część nieruchomości). W 2013 r. PKP CARGO zadebiutowała na Giełdzie Papierów Wartościowych w Warszawie, stając się pierwszym kolejowym przewoźnikiem towarowym w Unii Europejskiej notowanym na giełdzie.