Fondée en 1865, la compagnie devient un chemin de fer de classe I dominant dans le sud-ouest des États-Unis. Son siège était à San Francisco.
Le SP est vendu à l’Union Pacific le 11 septembre 1996.
En 1870, le SP et le Central Pacific fusionnent, permettant d’avoir une ligne continue franchissant les montagnes Rocheuses et connectant la Californie à la ligne venant de l’est (exploitée par l’Union Pacific) à Ogoden (Utah).
En 1901, Edward Harriman prend le contrôle du SP. Étant également propriétaire de l’Union Pacific et de bien d’autres compagnies, cette situation de monopole déplaît à la Cour suprême des États-Unis qui ordonne de redonner son indépendance au SP en 1913.
En 1906, le SP et l’Union Pacific créent le Pacific Fruit Express.
En 1932, le SP achète le Cotton Belt, qui reste indépendant jusqu’en 1992.
Fin 1984, l’ATSF et le Southen Pacific annoncent leur fusion (ils se tiraient dessus un siècle avant). Confiantes, les compagnies commencent à repeindre leurs machines en livrée SPSF. Mais l’Interstate Commerce Commission refuse la fusion.
Le propriétaire du Denver and Rio Grande Western Railroad rachète le SP le 13 octobre 1988, mais laisse toute son indépendance à la compagnie, qui absorbe de facto le Rio Grande.
La compagnie est connue pour ses livrées : notamment la « Daylight », la « black widow » et la « bloody nose ».