El projecte neix de la intenció d'unir Perpinyà amb la Cerdanya i la seva unió amb la projectada línia transpirinenca entre Barcelona i Tolosa de Llenguadoc. Per aquest motiu, la línia va ser classificada d'interès general pel govern francès, que es va fer càrrec de l'obra i adjudicà l'explotació a la companyia de ferrocarril du Midi et du Canal latéral à la Garonne. A causa de les característiques del terreny, que requerien una forta inversió en túnels, es va decidir que el tram a partir de Vilafranca fos d'ample mètric i separat de la línia Vilafranca-Perpinyà, d'ample internacional.

La seva construcció va començar l'any 1903. Els treballs es van veure afectats per un greu accident durant proves de càrrega del pont Gisclard, en el qual van perdre la vida 6 persones, un dels quals l'artífex del seu disseny Albert Gisclard.

 La línia arriba a Montlluís el 1910

El 1910 es va inaugurar el tram Vilafranca-Montlluís i mesos més tard, ja el 1911, arribà fins a la Guingueta d'Ix. El tram final, fins a la Tor de Querol, es va completar l'any 1927, fet que suposava la connexió amb la línia d'ample ibèric fins a Barcelona. 2 anys més tard es completava la línia entre Tolosa i la Tor de Querol d'ample internacional.[1]

La companyia ferroviària du Midi, el 1934. s'ajunta amb la de Paris à Orleans per a l'explotació conjunta de les línies que administraven. El 1938 es nacionalitzà el ferrocarril i la SNCF prengué el control de la línia.