Antes de la construcción del ferrocarril eléctrico existía entre las minas de El Tofo y la caleta de Cruz Grande un andarivel que podía transportar 1000 toneladas diarias de mineral.^[4]​

La construcción del ferrocarril, a cargo de la firma Slaughters & Ross, se inició el 1 de noviembre de 1914 —la concesión para construir y operar por 60 años la vía fue otorgada por el Decreto 657 del Ministerio de Ferrocarriles el 27 del mismo mes—,^[5]​^[6]​ y fue inaugurada oficialmente el 24 de diciembre de 1921, empezando sus servicios en todo el tramo en 1922;^[1]​ ya en septiembre de 1917 se habían iniciado las pruebas con las locomotoras.^[7]​ Los postes que sostenían la catenaria que entregaba electricidad a los trenes se encontraban separados entre 20 y 25 metros. Al mismo tiempo, cada locomotora poseía acoplados a los ejes de sus ruedas cuatro motores generadores de 250 kW,^[8]​ con los cuales generaba electricidad durante la bajada de los trenes cargados que le permitían realizar el trayecto de subida con los vagones vacíos.^[9]​

En 1921 los trenes estaban compuestos por 7 carros de 100 toneladas cada uno y arrastrados por una locomotora de 110 toneladas con 1200 HP de potencia y 2400 voltios de corriente continua,^[9]​ mientras que hacia 1927 el ferrocarril poseía 3 locomotoras General Electric —cada una pesaba alrededor de 120 toneladas— y cada tren se componía de 17 carros de 50 toneladas cada uno.^[10]​^[11]​ Posteriormente en los años 1930 se sumarían nuevas locomotoras.^[12]​

Tras la adquisición de las minas de Bethlehem Chile por parte del Estado en 1971, y su traspaso a la Compañía Minera del Pacífico, la mina continuó su actividad hasta la fecha en que venció la concesión.^[1]​ El ferrocarril dejó de circular con el cierre de la mina El Tofo, el 8 de diciembre de 1974. Posteriormente los vagones y locomotoras fueron desguasados y las vías levantadas en su totalidad.^[12]​