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  烏克蘭的鐵路史可追溯至19世紀中葉,並且和俄羅斯歷史有著密切聯絡。1654年,烏克蘭哥薩克與沙俄簽訂了《鮑格丹·赫梅利尼茨基基本條約》,自此東烏克蘭(第聶伯河左岸)與俄羅斯正式結盟。至18世紀末,俄羅斯又相繼把西烏克蘭(第聶伯河右岸)和黑海北岸大片地區併入沙俄版圖,除加利西亞(1772年至1918年間屬於奧地利)以外,烏克蘭其餘地區均在沙皇俄國統治之下。1837年,連線了俄國首都聖彼得堡和皇家行宮的皇村鐵路建成通車,成為俄國第一條真正意義上的公用鐵路。1851年,莫斯科-聖彼得堡鐵路亦建成通車。然而,烏克蘭的第一條鐵路是在克里米亞戰爭期間修建的,而建築者卻是英國人而非俄國人。克里米亞戰爭期間,英國、法國以及薩丁尼亞王國盟軍在克里米亞半島登陸,並發動了塞瓦斯托波爾圍城戰。為方便為盟軍運輸和提供補給物資,英國在1855年修建了全長23公里的大克里米亞中央鐵路,連線巴拉克拉瓦和塞瓦斯托波爾。  克里米亞戰爭以俄國的慘敗告終,給俄國國內帶來了極大的震動。克里米亞戰爭結束後,沙皇亞歷山大二世意識到鐵路建設對於國防的重要戰略意義,隨即批准了由交通部部長梅利尼科夫主持起草的《鐵路網發展規劃》,這個規劃提出將俄國26個省用鐵路連線起來,從此揭開了俄國鐵路史上第一個建設高潮。1860年代至1870年代,烏克蘭的鐵路建設逐步加快,先後建成了利沃夫—普熱梅希爾鐵路(1861年)、敖德薩—巴爾塔鐵路(1863年)、利沃夫—切爾諾夫策—雅西鐵路(1866年)、茲納緬卡—尼古拉耶夫(1868年)、波爾塔瓦—基輔—佈列斯特鐵路(1870年)、庫爾斯克—哈爾科夫—羅斯托夫鐵路(1870年)等主要幹線,其中很大部分鐵路是為滿足糧食運輸需要而興建的,主要從烏克蘭的第聶伯河流域的糧食生產區域輸送到國內其他地區及出口。至19世紀末,烏克蘭的主要鐵路網已經形成,連線了烏克蘭大多數工業和農業地區的行政中心,以及與主要海港和河港。至1913年,烏克蘭的鐵路長度已達到15,600公里,也是俄國國內鐵路網密度較高的地區之一。鐵路不僅方便了旅客和農產品的運輸,同時也大大促進了烏克蘭煤炭、採礦和冶金工業的發展。

  1917年2月,聖彼得堡聚集的罷工工人轉變為武裝革命,隨著軍隊與警察的加入,二月革命成功推翻了沙皇政權,同年3月15日尼古拉二世宣佈退位,俄羅斯帝國滅亡。同年的十月革命推翻了俄國臨時政府,俄羅斯建立了以列寧領導、布林什維克黨為首的蘇維埃政權,稱為蘇維埃俄國。與此同時,烏克蘭民族主義者也在基輔建立了資產階級民族政權"中央拉達",並宣佈烏克蘭獨立,成立烏克蘭人民共和國。1917年底,東烏克蘭地區建立了蘇維埃政權,成立烏克蘭蘇維埃社會主義共和國。1918年2月,烏克蘭蘇維埃政權由哈爾科夫遷至基輔,並將基輔定為首都。1922年12月30日,由俄羅斯、烏克蘭、白俄羅斯和外高加索聯邦共同組成的蘇維埃社會主義共和國聯盟(簡稱蘇聯)正式成立。  和其他加盟共和國一樣,烏克蘭的鐵路由交通人民委員部(1946年改名為交通部)統一管理。1920年代,蘇聯進入俄國內戰結束後的國民經濟恢復時期。由於新經濟政策的實施,蘇聯鐵路運輸的恢復速度很快。至1923年,全國大部分鐵路均已經完成修復,機車車輛的不良率大幅下降,勞動生產率得到較大提高。在第二次世界大戰前的頭三個五年計劃期間,蘇聯鐵路運營里程從1928年的7.69萬公里增長到1940年的10.53萬公里。1935年,俄羅斯國家電氣化委員會開始對烏克蘭鐵路的運輸繁忙區段進行電氣化。在戰前的五年計劃期間,烏克蘭境內新建成超過5,000公里的鐵路,鐵路技術水平亦得到很大提高。E型蒸汽機車、S型蒸汽機車、FD型蒸汽機車及IS型蒸汽機車等標準化機車被廣泛運用,提高了列車重量及執行速度。運輸組織方面,蘇聯於1935年首次編制及實行了全國鐵路列車執行圖,取代了以往的區段制執行圖,以提高鐵路運輸工作的協調性。  1941年6月,納粹德國對蘇聯發動全面進攻,戰火首先燒到烏克蘭,由此開始了長達四年的蘇聯衛國戰爭。在戰爭期間,蘇聯鐵路承擔了前所未見的運輸任務,不僅要配合作戰攻勢將部隊及軍用物資及時地從後方運輸到前線,還要完成將西部地區工業基地轉移到西部的撤退運輸。戰爭對鐵路運輸造成巨大的破壞,大量軌道、橋樑、車站、倉庫等基礎設施被摧毀。戰爭結束後,蘇聯開始了恢復和發展國民經濟的第四個五年計劃,要求短時間內將鐵路運輸全面恢復到戰前的水平,主要任務包括修復鐵路基礎設施、縮短車輛週轉時間,並對許多鐵路進行復線化改造。1951年,烏克蘭的盧甘斯克機車製造廠開始生產柴油機車,並於1956年停產蒸汽機車。從1950年代起,隨著國民經濟的發展,蘇聯鐵路運輸量持續快速增長。至1975年,蘇聯鐵路貨物運輸量為36.2億噸,貨物週轉量達到32362億噸公里,佔當時世界鐵路貨運總週轉量的一半。

  1991年,隨著蘇聯國內政治形勢的急劇變化,多個加盟共和國先後宣佈獨立。1990年7月16日,烏克蘭最高蘇維埃通過《烏克蘭國家主權宣言》。八一九事件發生後,烏克蘭最高蘇維埃於1991年8月24日正式宣佈脫離蘇聯獨立,改國名為烏克蘭,烏克蘭全境的鐵路暫時由西南鐵路局全權管理。1991年12月8日,烏克蘭、俄羅斯和白俄羅斯的領導人在明斯克簽署《別洛韋日協定》,宣佈蘇聯不再存在,併成立獨立國家聯合體。各加盟共和國獨立後,即著手建立本國的鐵路運輸管理機構。1991年12月14日,烏克蘭部長內閣簽署了356號決議《關於成立烏克蘭國家鐵路運輸總局的決定》。1992年1月,烏克蘭正式成立了具有國家及經濟管理職能的國家鐵路運輸總局(Укрзалізницею),繼承了前蘇聯32個鐵路局的其中6個。而鐵路財產分割方面,在烏克蘭境內鐵路上的所有固定裝置,以及包括機車車輛等運輸裝置,都按原配屬關係成為烏克蘭鐵路系統的財產。1992年9月,烏克蘭鐵路正式成為國際鐵路聯盟(UIC)和鐵路合作組織(ОСЖД)的成員,國家程式碼為“UZ”,國家代號為“22”。

  從2011年4月27日起,根據烏克蘭基礎設施部的審議和批准的第504/2011號決議,烏克蘭鐵路開始實施新的旅客列車分類系統,以提高鐵路客運服務質量。新分類系統完全符合歐盟對鐵路旅客列車等級分類的相關規定,並具有同等的烏克蘭語和英語名稱及縮寫,以提高列車等級的一致性和清晰性。
烏克蘭鐵路()是烏克蘭的國營鐵路。鐵路運輸是烏克蘭最主要的交通運輸方式,國內鐵路網覆蓋全國絕大部分地區,鐵路總里程超過22,300公里,位居歐洲第三位、世界第十三位。截至2009年,烏克蘭鐵路擁有1340個車站、129個客運樞紐車站、57個機務段和48個車輛段,承擔了全國52%的貨物運輸量和37%的旅客週轉量。鐵路系統擁有近40萬職工,約佔全國勞動人口的2%。