Kereta api Malioboro Ekspres dioperasikan pertama kali pada 21 September 2012 dengan layanan kelas eksekutif dan ekonomi plus.[2][3] Karena keterisian penumpang yang tinggi, jumlah perjalanan kereta api ini ditambah menjadi dua kali perjalanan per hari mulai 23 Januari 2015.[4]
2021 s.d. sekarang
Dengan berlakunya Gapeka 2021 per 10 Februari 2021, status kereta api ini berubah menjadi kereta api fakultatif akibat beroperasinya kereta api Kertanegara relasi Malang–Purwokerto pp.
Sewaktu kembali beroperasi di angkutan Nataru 2022 dan angkutan Lebaran 2023 pasca vakum selama hampir dua tahun akibat pandemi Covid-19, kereta api ini berganti layanan kelas menjadi kelas ekonomi premium dengan menggunakan sarana rangkaian berbodi baja nirkarat (stainless steel).
Sesuai Gapeka 2023 per 1 Juni 2023, kereta api Malioboro Ekspres diperpanjang rutenya dari sebelumnya Yogyakarta-Malang pp menjadi Purwokerto–Malang pp. Kereta api ini menjadi pilihan masyarakat yang ingin bepergian dari Purwokerto ke Malang pada pagi hari dan sebaliknya pada malam hari.
Pada masa angkutan Nataru 2023, kereta api ini kembali berganti kelas menjadi kelas eksekutif dan bisnis.
Pada masa angkutan hari raya Idulfitri 2024, kereta api ini berganti kelas menjadi ekonomi new image dan eksekutif new image; menyamakan dengan adiknya, kereta Api Kertanegara yang juga melayani kelas yang sama.
Mulai 14 Mei 2024, rangkaian kereta api Malioboro Ekspres menggunakan rangkaian baja ringan dengan layanan kelas eksekutif dan ekonomi new image yang merupakan lungsuran dari Kereta api Malabar. Rangkaian kereta api Malioboro Ekspres saat ini terdiri dari satu kereta pembangkit, empat hingga empat kereta eksekutif, satu kereta makan, dan empat kereta ekonomi new image dengan perubahan kembali statusnya menjadi kereta api reguler.
