Został założony 28 października 1929 roku przez sofijskich kolejarzy. Od tego czasu kilkakrotnie zmieniał nazwę, w latach 1929–1945 znany był jako ŻSK Sofia, a do jesieni 1949 - Łokomotiw Sofia. We wrześniu 1949 powstała Dobrowolna Organizacja Sportowa (DSO) "Energia Sofia", do której został wchłonięty klub oraz kilku mniejszych drużyn piłkarskich. Organizacja zrzeszała pracowników przemysłu ciężkiego, elektryfikacji, transportu i górnictwa ze stolicy, a od października 1949 nazywała się "Torpedo Sofia". W 1951 roku klub wyszedł z fuzji i wrócił do nazwy Łokomotiw Sofia. W 1957 roku następuje nowa reorganizacja ruchu sportowego w Bułgarii, wskutek czego DSO przekształca się w Stowarzyszenie kultury fizycznej i sportu (DFS) o tej samej nazwie. Od 1969 do 1971 roku w ligowych rozgrywkach zespół występował w połączeniu ze Slawią Sofia pod nazwą ŻSK-Sławia. Pod obecną nazwą - FK Łokomotiw Sofia – klub został zarejestrowany dopiero w 1971 roku.
Łokomotiw czterokrotnie zdobywał mistrzostwo Bułgarii, ostatni raz w 1978 roku. Ostatni sukces odniósł w 1995 roku, kiedy wygrał rywalizację o Puchar kraju.