1913年（大正2年）、「京王電気軌道」は「笹塚駅」から「調布駅」までの路線を開通しました。これが京王線の始まりです。最初は「新宿駅」から「笹塚駅」、「調布駅」-「府中駅」-「国分寺駅」の未開業区間はバスが運行されていました。これは東京で初のバス営業でした。「京王電気軌道」はその後、数回にわたり路線を延長し、1916年（大正5年）に「新宿追分駅」から「府中駅」までを開通します。
当初、京王線の「幡ヶ谷駅」以東の区間は、「甲州街道」との併用軌道でした。新宿側の起点は、新宿駅の南口のJRの線路を越えた先の「新宿追分駅」（現在の新宿三丁目駅の場所）にありました。当時の新宿の繁華街は、新宿一丁目・二丁目付近であり、現在のJR「新宿駅」付近は町外れに位置していました。
1936年（昭和11年）、玉川上水を暗渠とし、その上に専用軌道が設置されました。新宿の起点も新宿追分交差点から「四谷新宿駅」（後の「京王新宿駅」、現在は「京王新宿三丁目ビル」の場所）に移転しました。
「新宿駅」と「笹塚駅」の間には、京王新宿駅 – 省線新宿駅前駅 – 葵橋駅 – 新町駅 – 天神橋駅 – 西参道駅 – 初台駅 – 幡代小学校前駅 – 幡代駅 – 幡ヶ谷駅が設置されました。
新宿駅、初台駅、幡ヶ谷駅以外の駅は、現在はありません。
「京王新宿駅」を出発した電車は、甲州街道を併用軌道で西へ向かい、登り坂となる新宿駅南口の跨線橋の箇所は専用軌道で渡っていました。この部分が専用軌道だったのは、甲州街道の勾配がきつかったためです。跨線橋を越えると再び併用軌道、新町付近で専用軌道となっていました。
1945年（昭和20年）の戦争末期、天神橋変電所が「新宿 – 初台」の区間に被災し、電圧が低下して新宿駅南口の跨線橋の坂を電車が登れなくなったため、西口に急遽「新宿駅」のターミナルが作られます。
その後も、「新宿駅」から新町付近までの約1 kmの区間は「甲州街道」に軌道が設置されていましたが、1953年（昭和28年）に道路の中央に専用軌道が設けられました。しかし、甲州街道上にある踏切に遮断機がなかったため、トラブルがたびたび発生。甲州街道自体も拡幅が必要とされ、京王線の軌道を移設することになりました。これにより、1963年（昭和38年）4月に「新宿駅」が現在の地下駅の場所に移転し、同区間が地下になりました。
「京王線」の地下化は第二期と続き、1964年（昭和39年）に「初台駅」の西側まで延長され、1978年（昭和53年）に「京王新線」が開業し、新宿 – 笹塚間が複々線化されました。「京王新線」は、京王線の輸送力を増強するために作られ、後に都営地下鉄新宿線との相互直通運転も開始されます。
そして、1983年（昭和58年）には第三期として「笹塚駅」の東側まで地下区間が延長され、現在に至ります。
「京王新線」の開業によって、「京王新線」が「初台駅」と「幡ヶ谷駅」に停車、京王線は両駅を通過するようになり、乗客の利便線が向上いたしました。
地上時代の「初台駅」と「幡ヶ谷駅」跡には、駅跡を示す鉄道柵が残っています。
旧・初台駅跡
旧・「初台駅」の鉄道柵です。
「初台駅」は1964年（昭和39年）に地下化、新駅舎は京王線上に設置されます。
「初台駅」の京王線ホームは、1978年（昭和53年）に京王新線側に移設されるまで利用されていました。
旧・幡ヶ谷駅跡
旧・「幡ヶ谷駅」の鉄道柵です。
付近は「幡ヶ谷駅前公園」として整備されています。
「幡ヶ谷駅」は1978年（昭和53年）の京王新線開業とともにホームが移設され地下駅となりました。
大都会の「新宿駅」近く、大幹線道路の甲州街道の裏に、まるでローカル線のような鉄道柵が残されているのは、とても不思議な気分でした。