Клуб је основан 25. јула1926. када су се два најстарија клуба из Пловдива, „Атлетик“ и „Караџа“, ујединили и основали „Спортски клуб Пловдив“. Сезоне 1964/65 Локомотива је стигла до трећег кола Купа сајамских градова, где је играла са Јувентусом. После 2 ремија, оба пута по 1:1, трећи меч као мајсторица играо се у Торину, где је Јувентус славио са 2:1 после продужетака и тако прошао даље. Сезона 2003/04 је била најуспешнија за Локомотиву, јер је те сезоне освојила прву титулу првака Бугарске. Екипа која је чинила прву поставу: Мартин Камбуров, Васил Камбуров, Горги Илиев, Александар Тунчев, Кирил Котев, Владимир Иванов, Методи Стојнев, Бобан Јанчевски, Ванчо Трајанов и Роберт Петров. Најбољи стрелац првенства те сезоне био је Мартин Кумбаров са 25 постигнутих погодака. 2004. клуб је играо квалификације за Лигу шампиона, где је већ у другом колу испао од белгијског Брижа изгубивши у гостима 4:0, и код куће 2:0. Исте године Локомотива је освојила и Суперкуп Бугарске победивши Литекс резултатом 1:0. Сезоне 2004/05 Локомотива је завршила као трећа у првенству, и тако играла у Купу УЕФА. У квалификацијама су елиминисали ОФК Београд, али су у првом колу испали од Болтона. 25. августа2005, само неколико сати након победе над ОФК Београдом, власник клуба Георги Илиев је убијен.