Constitution de la ligne
Décidée en 1875, la Grande Ceinture ouvre en 1877 entre Noisy-le-Sec et Villeneuve-Saint-Georges. Le 16 juillet, un service voyageurs est mis en place entre la gare de Paris-Est et la gare de Paris-Austerlitz.
En 1882, le tronçon entre Noisy-le-Sec, Le Bourget et Achères est inauguré. Une gare est construite à Saint-Germain-en-Laye.
En 1883, s'ouvre le tronçon entre Juvisy et Versailles puis, en 1886, à la demande de l'armée, une liaison entre Villeneuve-Saint-Georges et Massy-Palaiseau.
En 1939, une grande partie de la Grande Ceinture ferme au trafic voyageurs. Celui-ci subsiste sur le tronçon Versailles — Massy-Palaiseau - Juvisy. La ligne se voue donc principalement au trafic marchandises.
Le trafic voyageurs reprend sur la Grande Ceinture Stratégique entre Orly et Pont-de-Rungis en 1969, puis entre Pont-de-Rungis et Massy-Palaiseau en 1977. Le 30 septembre 1979, ce dernier tronçon intègre le RER C.
Entre 2005 et fin 2006 la gare de triage d'Achères ferme ; la Grande Ceinture ne relie donc plus que les triages du Bourget et de Villeneuve-Saint-Georges aux lignes radiales.
Grande Ceinture stratégique
La « Grande Ceinture stratégique » est un tronçon doublant le tronçon Valenton—Massy-Palaiseau en passant par Rungis au lieu de Villeneuve-Saint-Georges et Juvisy. Ce tronçon a été inauguré en 1886. Il présente l'avantage d'éviter ces deux dernières gares et donc de rendre le trafic de ceinture indépendant de ces goulets d'étranglement.
Grande Ceinture complémentaire
En 1924 on décide de créer la « Grande Ceinture complémentaire » entre Noisy-le-Sec et Sucy-Bonneuil. Cette ligne, passant plus à l'est via Neuilly-sur-Marne, ouvre en 1928 pour les marchandises et en 1932 pour les voyageurs. Le tronçon entre Bobigny et Sucy-Bonneuil est réalisé par la suite. Là encore, cette création vise à séparer le trafic de ceinture de celui de la ligne radiale de Mulhouse.
De 1943 à 1944, la gare de Bobigny devient le point de départ pour les convois ferroviaires vers le camp d'extermination d'Auschwitz-Birkenau.
L'exploitation par le Syndicat
Le syndicat du Chemin de fer de grande ceinture
La desserte voyageurs
La Grande ceinture a toujours eu un rôle essentiellement tourné vers le transport de fret. Ainsi qu'on peut le voir sur les horaires de la ligne en mai 1914, le nombre de trains de voyageurs était limité, et leur vitesse lente.
Il n'est donc pas étonnant que, face à une offre peu attractive, avec un tracé réalisé dans des secteurs peu urbanisés à l'époque et donc inapproprié aux besoins de déplacements des banlieusards, le service ferroviaire n'ait pu résister au développement de l'automobile, de lignes régulières d'autocars...
Mais il subsiste encore quelques circulations voyageurs grâce aux trains de pèlerins, et l'on peut noter également des acheminements de matériels de banlieue notamment entre Boissy-Saint-Léger, Noisy-le-Sec et Torcy.