В 1892 году было образовано акционерное общество Рязано-Уральской железной дороги, силами которого к 1908 году было закончено строительство железной дороги Аткарск-Лысые Горы - Баланда (ныне Калининск), через реку Медведица был возведен железнодорожный мост. 13 (25) сентября 1895 года металлический железнодорожный мост на 3-х каменных опорах через Медведицу в Лысых Горах был сдан в эксплуатацию и по нему началось движение на новой железнодорожной ветке из Аткарска в Баланду. Тогда же между Лысыми Горами и Старой Бахметьевкой с Графщиной были открыта станция Лысые Горы, вокруг которой возник одноимённый посёлок. Мост служит своей цели до сих пор.

Лысогорский район и окрестности Лысых Гор в частности были заселены людьми уже в эпоху бронзы. Ещё в дореволюционные времена на севере посёлка были найдены каменный топор-молоток и мелкие круглые камешки, обработанные руками древнего человека1. В настоящее время близ Лысых Гор известны курганная группа "Железный Ключ" и курганы "Репной" и "Лукьянов", появление которых предположительно относится к третьему тысячелетию до нашей эры.

Современные Лысые Горы – это в прошлом четыре отдельных населённых пункта: село Лысые Горы (Дмитриевское), одноимённый пристанционный посёлок, деревня Графщина (Графчина, Заверниха, Архангельское, Рельня, Головино) и село Старая Бахметьевка (Бахметевка, Ивановка, Рельня, Наумовка). Бывшее владельческое село Лысые Горы сегодня расположено на юге посёлка. Основано оно было в 1730-х годах, между первой и второй ревизиями. Главное название было дано по близлежащей горе, второе – по престолу церкви. Первыми помещиками были стряпчий Аким Фёдорович Зотов с женой Авдотьей Богдановной, которые перевели в Лысые Горы крепостных из Владимирского уезда, стольники Иван Михайлович Чаплыгин (крестьяне из Алаторского и Симбирского уездов) и Семён Никитич Бобарыкин (крестьяне из Симбирского уезда). Лысогорские земли входили одновременно в Завальный стан Пензенского уезда и в состав Петровского уезда.

В настоящее время в посёлке проживают 7185 жителей. Работают птицефабрика "Лысогорская", предприятие по материально-техническому снабжению фермерских хозяйств ООО "Старт", авторемонтное предприятие, строительные и дорожные организации, АЗС, две нефтебазы, хлебная база, мельница, отделения связи, полиции и Сбербанка, аптеки и магазины (частные и сетевой "Магнит"), сельскохозяйственный рынок, комбинат питания, столовая и кафе, различные административные учреждения, центральная районная больница, Дворец культуры, библиотека, кинотеатр "Мир" и открытый к 70-летию района музей. Возрождена православная церковь, издаётся муниципальная газета "Призыв". 2 февраля 2006 года было сдано в эксплуатацию здание физкультурно-оздоровительного центра "Олимпик"1. Плотина Лысогорский ГЭС на Медведице в постсоветские годы была заброшена и сегодня постепенно разрушается. Неподалёку от неё расположена работающая электрическая подстанция.