Keolis est issu de plusieurs sociétés préexistantes :

la Société des transports automobiles, créée en 1908, et sa filiale, la Société générale des transports départementaux ;
la société Les Exploitations électriques (Lesexel) (société de production électrique créée en 1911 pour accompagner le développement des tramways) ;
la Société de transports routiers de voyageurs (STRV), filiale de la Société de contrôle et d’exploitation des transports auxiliaires (SCETA) puis de la SNCF et qui fut renommée Cariane en 1988 lors de sa fusion avec la STV8.

Ces entreprises connaissent une série de restructurations, fusions acquisitions, qui font émerger les sociétés Via-GTI, principalement centrée sur les transports urbains, et Cariane, spécialisée dans le transport interurbain de voyageurs.

En 1999, la SNCF devient actionnaire de référence de VIA-GTI9, qui fusionne en 2001 avec Cariane pour constituer Keolis.

Le nom Keolis a été trouvé à la suite d’une recherche de nom confiée à la société Bessis10. Il a été composé à partir de Khéops (en référence à la pyramide, symbole de force et d’envergure), du nom du dieu du vent Éole (en référence au voyage, au mouvement, à la fluidité), et du terme « polis » (la cité en grec ancien, en référence au transport public).