Dizel lokomotif, dizel motorla çalışan bir Demiryolu lokomotifidir. Temel olarak mekanik gücün tekerleklere iletilme şekli bakımından farklı olan birkaç tip dizel lokomotif geliştirilmiştir.
Erken içten yanmalı lokomotifler yakıt olarak gazyağı ve benzini kullanmaktaydı. Rudolf Diesel, 1898'de ilk dizel motorun patentini aldı. Tasarımındaki sürekli gelişmelerle boyutlarını küçüldü ve güç-ağırlık oranlarını lokomotife monte edilebilecek bir noktaya çıkardı. İçten yanmalı motorlar yalnızca sınırlı bir tork aralığında verimli bir şekilde çalışır ve düşük güçlü benzinli motorlar mekanik bir şanzımana bağlanabilirken, daha güçlü dizel motorlar yeni şanzıman biçimlerinin geliştirilmesini gerektirdi.
İlk başarılı dizel motorları dizel-elektrik şanzımanlarını kullanmaktaydılar ve 1925'te ABD'de az miktarda 600 bg (450 kW) gücünde dizel lokomotifler hizmete girdi. 1930'da Armstrong Whitworth, Arjantin'deki Buenos Aires Büyük Güney Demiryoluna Sulzer tasarımlı motorları kullanan iki adet 1,200 bg (890 kW) lokomotif teslim etti. 1933 yılında, Maybach tarafından geliştirilen dizel-elektrik teknolojisi, yüksek hızlı şehirlerarası iki araçlık bir set olan DRG Class SVT 877'yi itmek için kullanıldı ve 1935'ten başlayarak Almanya'daki diğer düzleştirilmiş araç setleriyle seri üretime girdi. 1934 yılının sonlarında, General Motors'un 1930–34'teki araştırma ve geliştirme çalışmaları ve Budd Company'nin hafif gövde tasarımındaki ilerlemeler ile elektrik itiş gücü yüksek hızlı ana hat yolcu hizmetine getirildi.
II. Dünya Savaşı'ndan sonra elde edilen ekonomik iyileşme sonucunda birçok ülkede dizel lokomotifler yaygın olarak benimsendi. Dizel lokomotifler, buharlı lokomotiflerden daha fazla esneklik ve performans sunarken, aynı zamanda işletme ve bakım maliyetlerini de düşürmüştür. Dizel-hidrolik şanzımanlar 1950'lerde gelişti, ancak 1970'lerden itibaren dizel-elektrik şanzımanlar egemen hale geldi.