De spoorlijn Arnhem - Nijmegen is een door de Staat der Nederlanden aangelegde lijn. De lijn werd geopend op 15 juni 1879. De lijn werd vanaf het begin geëxploiteerd door de SS (Maatschappij tot Exploitatie van de Staatsspoorwegen).

In 1882 werd het eerste deel van de Merwe- en Waalspoorweg geopend. Deze lijn sluit bij Elst en Ressen-Bemmel op de lijn Arnhem - Nijmegen aan.

In 1890 werd het toenmalige spoornet herverdeeld. Voor deze spoorlijn veranderde niets, maar de spoorlijn die bij Elst aansluit werd de exploitatie gegeven aan de HSM (Hollandse (IJzeren) Spoorwegmaatschappij), die ook het tracégedeelte Ressen-Bemmel - Nijmegen mede gebruikte. Tussen 1917 en 1940 maakte de HSM ook voor haar internationaal treinverkeer gebruik van die tracégedeelte.

Vanaf 1938/1939 werd de exploitatie en eigendom van deze lijn overgenomen door de NS (Nederlandse Spoorwegen).

In 1940 werd de elektrificatie van de lijn met 1500 V gelijkstroom voltooid.

De Tweede Wereldoorlog maakte een einde aan het internationaal treinverkeer via deze lijn. Tijdens die oorlog werd ook deze spoorlijn, inclusief de bovenleiding en de twee grote bruggen, flink beschadigd. Na de oorlog werd de bovenleiding hersteld en werden de beschadigde bruggen vervangen voor nieuwe bruggen.

In 2003 ging het beheer en eigendom van de lijn over naar ProRail.

In 2006/2007 werd de verbindingsbaan vanaf Ressen-Bemmel naar Valburg gesloten en afgebroken. In zijn plaats kwamen twee verbindingsbanen naar de Betuweroute, die in 2007 werd geopend. De Betuweroute kruist de spoorlijn Arnhem - Nijmegen bij Ressen-Bemmel.

Momenteel is de lijn nog steeds in gebruik. De lijn is voor het personenvervoer in Nederland erg belangrijk. Regelmatig rijden er intercity's over deze lijn, maar ook stop- en sneltreinen.