Die Nassauische Staatsbahn begann ihren Betrieb am 1. Mai 1859 . Ursprünglich wollte die "Wiesbadener Eisenbahngesellschaft", die sich später "Nassauische Rhein und Lahn-Eisenbahn-Gesellschaft" nannte, die Strecken von Wiesbaden rheinabwärts nach Oberlahnstein und dann lahnaufwärts über Limburg bis Wetzlar bauen. Es kam jedoch nur zur Eröffnung der Abschnitte von Biebrich bis Rüdesheim 1856 und von Oberlahnstein bis Bad Ems 1858 ; dieser wurde aber alsbald durch einen Erdrutsch unbefahrbar. Da die Gesellschaft nicht in der Lage war, die geplanten Bahnbauten in absehbarer Zeit zu vollenden, entzog ihr der Staat die Konzessionen und nahm den Bahnbau und -betrieb selbst in die Hand. Die Strecke von Wiesbaden bis Wetzlar konnte ab 10. Januar 1863 in ihrer gesamten Länge von 188 km befahren werden. In Rüdesheim gab es ab November 1861 eine Trajektverbindung nach Bingerbrück zum linksrheinischen Bahnnetz. Das Trajekt wurde ab 1900 nur noch als Personenfähre der KPEV bis 1932 betrieben.

Mit dem gesamten Herzogtum Nassau ging 1866 auch die Staatsbahn in preußisches Eigentum über. Sie bildete zunächst eine besondere Direktion in Wiesbaden, die jedoch 1880 in die Eisenbahndirektion Frankfurt am Main eingegliedert worden ist.