随着内燃机车的发展，铁路柴油机的结构设计和操作条件与普通柴油机不同（如功率较大），由于在设计中受到重量和空间的限制，主要依靠提高增压压力和转速、缩短行程、加大缸径等措施来提高功率。因此内燃机车的机械负荷和热负荷都很高，加之长期在野外行驶，工作环境较差，又因常常使用劣质燃料，因此对内燃机车的抗磨性能、抗腐蚀性、低温分散性和高温清净性都提出了较高的要求，普通柴油机油不能满足铁路机车的要求，因此单独提出了铁路机车柴油机油的分类。
美国铁路机车柴油机油的分类20世纪50年代以后，美国机车维修协会（LMOA）和美国通用电气公司（GE）分别提出了内燃机车柴油机油的分类和主要性能。美国铁路柴油机油的发展阶段是：1950年开始使用第一代油，1964年推出第二代油，1969年推出第三代油，1977年开始使用第四代油，1982年以第四代油全面取代了第三代油，1989年推出第五代油，1990年美国已开始使用第五代油。第五代油的典型特征是油的总碱值大大提高，黏度增大，采用OLOA2990或Amoco6888添加剂。
美国铁路柴油机油按是否含有二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）抗氧抗腐剂可分为两类：一类是不含ZDDP的非油，用于柴油机增压器与曲拐销等轴瓦表面镀银的机车（如通用汽车公司GM生产的机车）；另一类是含ZDDP的含锌油，用于无银轴承的机车。
我国铁路内燃机车最初使用14号普通柴油机油（旧牌号相当于新牌号40号），70年代后期开始生产相当于美国LMOA第一代油的14号低增压柴油机油，为东风、东风3、内燃机车用油相配套，接着又使用为我国从法国阿尔斯通公司引进的ND4内燃机车配备的1号和2号油，基本上相当于第二代油。
20世纪90年代初，按照原中国石化总公司的科研计划，1990年至1995年先后成功研制了铁路机车第三代油和第四代油。在质量分类上，基本上接近美国的LMOA与GE的分类标准。1997年建立了我国铁路内燃机车用柴油机油标准（国家标准GB/T17038—1997）。
铁路内燃机车柴油机油的发展是根据柴油机单缸功率与强化系数和燃料的质量来决定的，其发展过程是按代区分的。机车的单缸功率从20世纪30年代的几十千瓦发展到200kW以上，强化系数由近40提高到90以上。单缸功率或强化系数越高，气缸内温度和压力相应提高，缸套与活塞环的擦伤磨损概率变大，机车柴油机油在使用中清净性变差，氧化衰变速度加快，其碱值衰减也快。柴油机单缸功率与强化系数的提高是促进机油发展的决定因素。此外，燃料的重质化以及换油期延长，也都要求不断提高机油质量。
在国际上，美国铁路内燃机车1950年使用第一代油，柴油机为非增压型。20世纪50年代末期到20世纪60年代采用增压技术，柴油机单缸功率提高1倍，1964年发展了第二代油，提高了油的清净性和过滤性。机油消耗率降至1．2％～1．7％。1965—1970年机车功率进一步提高，单缸功率达到150kW以上，强化系数为60～75，机油消耗率要求降至0．8％～1．3％。第二代油性能已不适应，因此1968—1970年发展了第三代油。
1977年美国发展了第四代油，其碱值提高到13。该油适用于燃料含硫超过1％的情况，但由于柴油机强化系数不断提高，机油消耗要求降至0．5％～1．0％。1978年以后，由于节能柴油机的发展，强化系数已达88～91，机油温度高达125℃左右，机油消耗率降至0．3％～0．5％。因此在20世纪80年代后期发展了第五代油，油品的碱值有所提高，尤其是进一步提高了油品的高温清净性，减少了环槽积炭和柴油机的磨损。铁路机车第五代油、第四代油仍沿用至今，与汽车内燃机相比，其用油的发展相对缓慢。
我国内燃机车柴油机都使用轻柴油燃料，而使用的润滑油大致与美国相同。目前我国自行研制成功并投入生产使用三代油、四代油和五代油。尽管内燃机车的保有量和新增量每年都有一定的上升，但我们也应该清醒地认识到电力机车正在取代内燃机车的市场份额。采用清洁能源作为机车燃料是目前进行机车设计突破的新方式。以天然气/柴油为燃料的新型机车已经开始研制，作为技术储备的润滑油公司，可以跟进相关润滑油的发展需求。