Program studi Diploma 4 Perkeretaapian Politeknik Negeri Madiun berdiri sejak tahun 2018 dan mulai menerima mahasiswa pada tahun ajaran 2018/2019. Dasar pendirian program studi ini adalah surat mandat/penugasan dari Direktorat Jenderal Kelembagaan Ilmu Pengetahuan , Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Kementerian Riset, Teknologi , Dan Pendidikan Tinggi nomor 1795/C.C/KL/2018. Penugasan tersebut dikuatkan dengan terbitnya Keputusan Menteri Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Republik Indonesia nomor 624/KPT/I/2018 tentang Izin Pembukaan Program Studi Perkeretaapian Program Sarjana terapan Pada Politeknik Negeri Madiun. Surat mandat dan SK pendirian dapat dilihat pada lampiran.
Alasan lain dari pendirian prodi ini adalah adanya industri perkeretaapian (PT INKA) di kota Madiun serta adanya potensi tenaga kerja pada bidang perkeretaapian di Indonesia yang hingga tahun 2025 akan mencapai 30.000 orang.