Kereta api Banyubiru pertama kali diluncurkan menggunakan Kereta Rel Diesel Indonesia (KRDI) buatan PT INKA tahun 2008 yang beroperasi pada tanggal 19 September 2008 dengan rute awal Semarang Tawang–Sragen via Solo Balapan, tetapi KRDI tersebut telah dihentikan beroperasi pada tanggal 25 Juli 2013.[1]
Sejak 1 Juni 2023, bertepatan dengan pemberlakukan Gapeka 2023, kereta api ini mulai beroperasi kembali dengan jadwal perjalanan dua kali pp dalam sehari; dengan meminjam rangkaian KA Blambangan Ekspres untuk perjalanan pagi dan rangkaian KA Joglosemarkerto untuk perjalanan sore.[2][3][4]
Pada 1 Juni 2024, KA ini menambah pemberhentian baru di Stasiun Telawa.[5] Kemudian, pada tanggal 19-nya, KAI mengumumkan penggunaan rangkaian kereta ekonomi "generasi baru" hasil modifikasi kereta ekonomi pengadaan DJKA Kemenhub RI, bersama dengan KA Blambangan Ekspres.[6] Sejak diperpanjangnya rute KA Blambangan Ekspres hingga ke Stasiun Pasar Senen, KA ini sudah tak lagi meminjam rangkaiannya.[7]
Mulai tanggal 1 Februari 2025, tepatnya bertepatan dengan pemberlakuan grafik perjalanan kereta api (Gapeka) 2025 kereta api Banyubiru saling bertukar rangkaian dengan Kereta api Tawang Jaya yang beroperasi di relasi yang berbeda.
Hanya berisi layanan kereta api yang dioperasikan oleh induk perusahaan. Untuk layanan yang dioperasikan oleh anak perusahaan, lihat Templat:KAI Commuter untuk layanan KAI Commuter, Templat:KAI Bandara untuk layanan KAI Bandara dan Templat:KCIC untuk layanan KCIC/Whoosh
