Образовано 1 марта 1964 года на базе Барнаульского и Кулундинского отделений.

В 1915-1919 гг. - Алтайская железная дорога.

В 1919-1921 гг. - Барнаульское управление Томской желе­зной дороги.

В 1921-1924 гг. - пятый Барнаульский линейный отдел Сибирского округа путей сообщения /в границах бывшей Алтай­ской железной дороги/.

В 1924-1925 гг. - третье отделение службы движения Том­ской железной дороги.

В 1925-1934 гг. - пятое отделение отдела эксплуатации Омской железной дороги.

В 1934-1946 гг. - пятое, затем шестое отделение службы эксплуатации Томской железной дороги.

В 1946-1964 гг. - Барнаульское отделение Томской желе­зной дороги.

Основа железнодорожной сети края - линии Новосибирск-Семипалатинск /653 км/ и Алтайская-Бийск /147 км /, образовавшее Алтайскую железную дорогу. Сооружение её начиналось в июне 1913 года и завершено в октябре 1915 г. В строительстве были заинтересо­ваны местные торгово-промышленные круги, переселенческое ведом­ство России. Стоимость работ - 60 млн. руб., для сооружения и эксплуа­тации дороги образовано "Общество Алтайской железной дороги" /учредители: Хрулёв, Утин, Дрейзер, Зуров/. Правление общества на­ходилось в Петербурге, стройуправление - сначала в Томске, затем в Новониколаевске.

Главный инженер строительства Г. М. Будаков, его помощник - инженер Сигрист. Работы вели восемь стройучастков, основной объём работ выполнен вручную с использованием конного транспорта. На стройке было всего два экскаватора, производивших разработку гляденской выемки, и несколько автомобилей. В конце апреля 1915 г. закончилась укладка путей от Барнаула до Семипалатинска, в августе на этом участке открылось временное товарное движение. Официальное открытие Алтайской железной дороги состоялось в Барнауле 21 октября (3 ноября по новому стилю) 1915 года. В составе дороги было 22 станции, из них 17 на Семипалатинском /главном/ направлении и пять на Бийском.

С 21 декабря 1915 года пассажирское движение на главном направлении стало ежедневным.

Расширение железнодорожной сети   началось в 1940 году: сооружалась линия Алтайская - Артышта, длиной 200 км, одно из звеньев Южно-Сибирской магистрали. В 1942 году из-за войны работы приостановлены, возобновлены в 1946 году, а завершены в 1951 году. В 1962 г. на этом направлении закончена укладка вторых путей. В 1947 году началось строительство однопутной магистрали Кулунда - Барнаул, длиной 343 км, которая затем была сдана в постоянную эксплуатацию. С 1953 года поэтапно сооружался путь от Омска до ст. Алтайской, от Омска до Карасука построен до 1954 г., от Карасука до Камня-на-Оби - в 1955 - 1959 гг., от Камня-на-Оби до разъезда № 14 /ныне ст. Среднесибирская/ - в 1959 - 1961 гг.

Участок Омск - Алтайская был сдан в эксплуатацию 1 апреля 1962 г. Эта линия позволила разгрузить самый напряженный участок Транссибирской магистрали от Омска до Новосибирска. С 1962 года ст. Алтайская - узел пяти направлений.

В 1980 г. открыто движение на новой линии - Малиновое озеро - Локоть, усилен участок Кулунда - Малиновое озеро. В 1987 г. открыто четырёхпутное движение поездов на участке Алтайская - Барнауле новыми мостами через Обь. В 1951-1960 гг. уложены вторые пути между ст. Алтайской и Барнаулом, Семипалатинском, построены обводные пути в Барнауле, строительство вторых путей на Кузбасском направле­нии проведено в 1958 - 1968 гг. В это же время полностью реконструиро­ван однопутный участок от Среднесибирской до Алтайской.

К 1995 году общая длина железнодорожных линий на террито­рии края составила 1803 км. /более 25% всей железнодорожной сети Западной Сибири/, из них Алтайское отделение имеет 1681 км. В пре­делах края проходят пути Защитинского отделения Казахской железной дороги /121,8 км/.

В составе отделения 98 раздельных пунктов, из которых четыре грузовых /Барнаул, Бийск, Чемровка, Заринская/, три сортировочных /Алтайская, Кулунда, Рубцовск/, три участковых /Алейская, Ребриха, Укладочный/. Алтайская, Барнаул, Рубцовск, Кулунда имеют локомтивные депо: Алейская, Бийск, Ребриха, Леньки, Малиновое озеро - пункты оборота локомотивов или подмены локомотивных бригад.

Три вагонных депо: Алтайская, Рубцовск, Бийск, пассажирское депо - Барнаул.

Основные службы отделения: движения, тяги, вагонная, пути, энергоснабжение, сигнализации и связи. До 1959 г. единственным видом тяги была паровозная. В 1958 г. начался переход на тепловозную тягу. В 1960 - 1963 гг. проводились работы по электрификации участков Черепаново - Барнаул и Алтайская - Артышта. В конце 1962 года в депо Алтайская поступили электровозы серии "ВЛ-60", а 28 сентября 1963 г. был потушен последний поездной паровоз.

С 1981 года используются более мощные локомотивы – электровозы, тепловозы пассажирские и грузовые, для маневровой работы.

Основной объём путевых работ выполняют механизмы. В системе сообщений о движении поездов применяется автоматическая блокировка. Внедрена диспетчерская централизация движения поездов, электрическая централизация стрелок. Отделение обслуживает более 1100 предприятий и организаций, 380 подъездных путей.