Antes de Amtrak, la ruta Pennsylvanian era cubierta por el Duquesne, llamado así por Fort Duquesne en Pittsburgh, y por el Juniata, ambos trenes operados por el Pennsylvania Railroad y desde 1968 hasta 1971 por el sucesor del PRR, el Penn Central. El Duquesne tuvo una larga historia, convirtiéndose finalmente en un tren diario Nueva York-Pittsburgh el 25 de octubre de 1959, con el número 16 hacia el este y el 25 hacia el oeste. Cuando se formó la sucesora de Pennsylvania Railroad, Penn Central, en 1968, continuó operando el Duquesne y el Juniata.
Con el inicio de las operaciones de Amtrak el 1 de mayo de 1971, el Duquesne fue rebautizado como Keystone y renumerado como 42 en dirección oeste y 43 en dirección este con el primer horario de Amtrak el 14 de noviembre de 1971. El Keystone dejó de funcionar el 30 de abril de 1972.
El impulso inmediato para el Pennsylvanian fue la interrupción del National Limited, un tren Nueva York-Kansas City que había prestado servicio en el corredor. Ese tren, a su vez, era el sucesor del famoso Spirit of St Louis. :75 El Pennsylvanian comenzó a funcionar el 27 de abril de 1980, como un tren diurno apoyado por el estado entre Filadelfia y Pittsburgh, con servicio de conexión a Nueva York a través del Philadelphian (un Clocker) en dirección oeste y el Montrealer en dirección este.
En el momento en que se inauguró el Pennsylvanian, el Broadway Limited salía de Pittsburgh a una hora intempestiva de la mañana. El nuevo tren circulaba con equipamiento Amfleet, incluyendo un vagón cafetería. Pensilvania acordó pagar el 20% de los costes del tren durante el primer año, es decir, 580.000 dólares, y el estado y Amtrak acabaron dividiendo los costes al 50% al tercer año.
Entre 1981 y 1983, el equipo del Pennsylvanian se giró cada noche para operar un segundo tren apoyado por el estado, el Fort Pitt, que iba de Pittsburgh a Altoona. Amtrak retiró este tren a principios de 1983 después de que el Departamento de Transporte de Pensilvania (PennDOT) se negara a seguir subvencionando el aumento de la explotación. En aquel momento, el Fort Pitt transportaba 30 pasajeros al día. El 30 de octubre de 1983, el Pennsylvanian se amplió hasta la ciudad de Nueva York, eliminando el transbordo en Filadelfia.
Después de un aumento significativo del número de pasajeros en 1984, el PennDOT propuso que se añadiera un segundo tren a la ruta. PennDOT y Amtrak habrían dividido los costes a partes iguales. Los responsables de Amtrak se mostraron favorables, pero los problemas presupuestarios paralizaron el plan.
A finales de la década de 1980, los grupos de pasajeros ferroviarios instaron a Amtrak a ampliar el Pennsylvanian hasta Cleveland (Ohio). Las propuestas incluían nuevas estaciones en Sewickley y Beaver Falls. La presión aumentó en 1989, cuando Amtrak anunció el desvío de los trenes Broadway Limited y Capitol Limited por esa misma ruta como parte de una reestructuración de las rutas en Indiana. Como parte de este cambio, el Capitol Limited comenzó a prestar servicio en la ruta Cleveland-Pittsburgh, aunque en plena noche. Amtrak y PennDOT consideraron dos rutas para una extensión del Pennsylvanian: una vía Alliance, Ohio (siguiendo la ruta del Capitol Limited) y otra vía Youngstown, Ohio (siguiendo parcialmente el Broadway Limited) con una nueva parada en New Castle, Pennsylvania.
El 7 de noviembre de 1998, Amtrak extendió el Pennsylvanian hasta Chicago siguiendo la ruta del Capitol Limited vía Toledo, trayendo finalmente una conexión diurna a Cleveland. El Three Rivers siguió circulando en un horario diferente vía Akron y Fostoria. Como parte del cambio, Amtrak truncó el extremo oriental hasta Filadelfia, permitiendo que el tren completara el recorrido en un solo día. El cambio fue impulsado por el creciente negocio del correo y los expresos de Amtrak; el número de pasajeros de Pittsburgh-Filadelfia se vio afectado. Amtrak devolvió el Pennsylvanian a la ruta Nueva York-Pittsburgh el 27 de enero de 2003, alegando el bajo número de pasajeros y la retirada de Amtrak del negocio de transporte de mercancías. El 1 de noviembre de 2004, Amtrak fusionó el Pennsylvanian y el Three Rivers, manteniendo el nombre de este último con una terminal occidental en Chicago. Amtrak había solicitado una ayuda de 2,5 millones de dólares a Pensilvania para mantener ambos trenes en funcionamiento. El 8 de marzo de 2005, Amtrak truncó el servicio a Pittsburgh-Nueva York y restauró el nombre de Pennsylvanian a la ruta.
Actualmente no hay servicio de paso al oeste de Pittsburgh, aunque el Capitol Limited sigue prestando servicio a Chicago. Como parte de su análisis por mandato federal de las rutas de larga distancia con peor rendimiento, Amtrak determinó que el restablecimiento de una conexión de vagón pasante con el Pennsylvanian supondría la mayor ganancia en medidas monetarias y de servicio al cliente de las posibles opciones. Para ello, Amtrak planea operar un coche cama Viewliner, un coche cafetería Amfleet y dos vagones Amfleet entre Chicago y Nueva York, aproximándose al histórico Broadway Limited, a través del Capitol Limited y el Pennsylvanian. Esto comenzaría cuando la financiación y el equipo estén disponibles. El 28 de enero de 2011 se anunció que Pensilvania había recibido una subvención de 750.000 dólares del gobierno federal para estudiar la ampliación del servicio hacia el oeste desde Harrisburg a Pittsburgh a lo largo de la ruta del Pennsylvanian, incluyendo mayores velocidades y frecuencias adicionales.
El tren ha sido financiado principalmente por el Departamento de Transporte de Pensilvania desde el 1 de octubre de 2013, cuando entró en vigor la Ley de Mejora de la Seguridad Ferroviaria de 2008. Esta ley federal eliminó las subvenciones federales para las rutas de Amtrak de menos de 750 millas (1.210 km) de longitud.
En marzo de 2020, el servicio del Pennsylvanian se suspendió como parte de una ronda de reducción del servicio en respuesta a la pandemia de COVID-19 en curso. El servicio se reanudó el 1 de junio de 2020.
El Plan Ferroviario Estatal de Pensilvania 2020 prevé un segundo tren Amtrak de ida y vuelta entre Pittsburgh y la ciudad de Nueva York. Se prevé que el segundo viaje comience durante el año fiscal que va de octubre de 2023 a septiembre de 2024. La viabilidad, el calendario y el coste de añadir un segundo tren están en marcha.