Als 1835 die erste deutsche Eisenbahn zwischen Nürnberg und Fürth eröffnet wurde, weckte das auch in Lindau Interesse. Es entstanden Bestrebungen, die Süd-Nord-Bahn bis nach Lindau zu führen, was allerdings aufgrund der Topographie nur schwer möglich war, zumal man keinen ausländischen (württembergischen) Boden berühren wollte. Besonders schwierig erschien das letzte Teilstück von Oberstaufen nach Lindau mit 400 m Höhendifferenz.

Da die Eisenbahn für den Handel immer wichtiger wurde, entwickelte sich ein regelrechter Wettstreit, welcher deutsche Staat mit seiner Eisenbahn zuerst am Bodensee anlangte und so den wichtigen Süd-Nord-Verkehr an sich reißen konnte. 1840 wurde entschieden, dass die Süd-Nord-Bahn auf Staatskosten gebaut würde. 1843 sanktionierte der Landtag den Entschluss des Königs, das Staatsbahnprinzip hatte sich schließlich durchgesetzt. 1848 gab es noch einmal einen Rückschlag, als beabsichtigt wurde, den Abschnitt Oberstaufen - Lindau wegen zu großer Geländeschwierigkeiten aufzugeben. Erst 1851 beschloss die bayerische Regierung den Bahnbau nach Lindau. In diesem Jahr fiel auch die Entscheidung, den Bahnhof auf der Insel und nicht auf dem Festland zu errichten.

Beim Bau des Inselbahnhofs wurde auch der Hafen völlig neu gestaltet und erhielt seine jetzige Form mit der charakteristischen Hafeneinfahrt zwischen Leuchtturm und bayerischem Löwen. Der Bahnhof wurde aus Geldmangel in nüchternem Stil aus Backstein errichtet. Unmittelbar vor dem Damm zum Festland wurde zum Schutz vor feindlichen Truppen ein Dammtor errichtet. Es wurde allerdings schon 1872 wieder abgetragen.

Am 12. Oktober 1853 wurde die neue Strecke eröffnet. Da es beim Bau des Dammes zum Festland Probleme gegeben hatte, konnte der Eröffnungszug nur bis Lindau-Aeschach fahren. Die Eröffnung des Bodenseedammes sowie der gesamten Ludwig-Süd-Nord-Bahn von Hof nach Lindau erfolgte 1854. Den Wettstreit um den Zugang zum Bodensee hatte Bayern aber klar gegen Württemberg verloren, das bereits 1850 ( Baden erst 1858) mit seiner Eisenbahn den See erreicht hatte.

In den folgenden Jahren entwickelte sich der Handel prächtig, 1869 wurde der Trajektverkehr zwischen Lindau und der Schweiz aufgenommen. 1884 nahm die Arlbergbahn ihren Betrieb auf, 1892 war auch die Bodensee-Gürtelbahn nach Friedrichshafen fertiggestellt. Im Zuge dessen erhielt der Bodenseedamm ein zweites Gleis. Mit einem Schlag verlor Lindau damit aber seine Einnahmen aus dem Korntransport, der die Stadt nun rechts liegen ließ. Der Handel kam fast völlig zum Erliegen. Die Zeit der Jahrhundertwende brachte dann aber neue Einnahmequellen, und zwar den aufblühenden Fremdenverkehr. Der alte Bahnhof genügte den Anforderungen bald nicht mehr.

Da inzwischen auch der Güterverkehr wieder stark gestiegen war, wurde 1911 in Lindau-Reutin ein bayerisch-österreichischer Gemeinschaftsbahnhof angelegt.1913 wurde auch mit dem Bau des neuen Inselbahnhofs begonnen. Durch den Ausbruch des Ersten Weltkrieges wurde der Bau jedoch stark verzögert, so dass die alte hölzerne Bahnhofshalle erst 1922 abgerissen wurde. Im damals errichteten Zustand präsentiert sich das prunkvolle Bahnhofsgebäude auch heute noch nahezu unverändert. 1938 wurde der Trajektverkehr eingestellt, da sich nach dem Anschluss Österreichs ans Deutsche Reich der Transport per Bahn über Bregenz und St. Margrethen als günstiger erwies.

Den Zweiten Weltkrieg überstanden die Bahnanlagen auf der Insel unbeschadet, während der Bahnhof Lindau-Reutin schwer beschädigt wurde. 1945 marschierten französische Truppen in Lindau ein und übernahmen die Bahnverwaltung, die zunächst ausschließlich für Leistungen der Besatzungsmacht reserviert war. Das angrenzende Allgäu wurde von amerikanischen Truppen besetzt, so dass unweit der Stadt eine Zonengrenze entstand. Zu dieser Zeit verkehrten die Züge hauptsächlich innerhalb der französischen Zone auf der Bodensee-Gürtelbahn in den ebenfalls französisch besetzten Westen Österreichs. 1949 gab es wieder D-Züge nach München, 1953 wurden schließlich die Zonengrenzen aufgehoben und der Zugverkehr konnte sich normalisieren.

1954 wurde der elektrische Betrieb zwischen Lindau und Bregenz aufgenommen, nachdem alle anderen Vorarlberger Strecken schon jahrelang elektrifiziert waren. In den Bahnhöfen Lindau und Lindau-Reutin wurden aber nur die unbedingt für den ÖBB-Betrieb nötigen Gleise überspannt. 1958/59 wurden die alten Trajektanlagen abgebrochen und der Bahnhof erhielt die bis heute unveränderten Gleisanlagen.

In den sechziger Jahren war das Bw Lindau Auslauf-BW für die berühmte bayerische S 3/6, die - nicht nur - aus bayerischer Sicht schönste Dampflok der Welt. Am 1. September 1965 kam das entgültige Aus für die 18 622, die letzte Vertreterin ihrer Gattung. In dieser Zeit des Überganges von der Dampf- zur Dieseltraktion waren zahlreiche interessante Baureihen in Lindau stationiert, unter anderem 01, 18^4-6, 38^10-40, 39, und 50.

Im Jahr 1969 kam dann das Ende der Dampfloktraktion in Lindau, alle verbliebenen Maschinen wurden nach Kempten verlegt. In Lindau waren lediglich noch Rangierloks. 1978 wurde der Ringlokschuppen abgebrochen und die Drehscheibe abgebaut, das Gelände wurde der Stadt Lindau verkauft. Am 1. Januar 1983 hörte das Bw Lindau als eigenständige Dienststelle auf zu bestehen, fortan war es Außenstelle des Bw Kempten. 
Das Gelände des Rangierbahnhofs in Lindau-Reutin wird heute kaum mehr genutzt, der ganze Ablaufberg ist komplett überwachsen, der Ringlokschuppen ist teilweise schon eingestürzt und wird gerade abgebrochen. Der große Güterschuppen wird hauptsächlich von Speditionen als Lagerraum verwendet.

Derzeit wird in Lindau die Lage des Inselbahnhofs heftig diskutiert. Die DB möchte den Kopfbahnhof auflassen und statt dessen einen Durchgangsbahnhof auf dem Festland. Der wahre Grund dürfte aber nicht die Betriebserleichterung bzw. Zeitersparnis sein, sondern der Wert der Immobilie, die in bester Insellage eine der teuersten in Deutschland sein dürfte. Eine entsprechende Abstimmung der Lindauer Regierenden im Jahr 2000 ist denkbar knapp (Stimmengleichstand) zu Gunsten des Inselbahnhofs ausgefallen.
2002 ist der Stand aber folgender: Die DB wird trotzdem auf dem Gelände des Rangierbahnhofs Lindau-Reutin einen Durchgangsbahnhof errichten. Auf der Insel wird nur eine Haltestelle für Regionalzüge verbleiben.Das Bahnhofsgebäude steht aber unter Denkmalschutz und wird daher auf jeden Fall erhalten bleiben.

Der Bahnhof im Jahr 1853

Die Bahnanlagen im Jahr 1869

Der neue Inselbahnhof in den Zwanziger Jahren

Die Bahnanlagen im Jahr 1930

Lokparade der S 3/6 im Bw Anfang der Sechziger

Das Ende der Dampflokzeit in Lindau