El 17 de julio de 1973, el Senado solicitó al poder ejecutivo la ejecución de un servicio experimental entre Victoria y Temuco.^[5]​

Durante 2003, se realizaron trabajos de mejoramiento de vías entre Temuco y Mariquina y posteriormente hasta Puerto Montt, además de estar en planes la renovación de las vías del ramal Antilhue-Valdivia hasta la ciudad de Valdivia. El servicio además adquirió cuatro reformadas y rehabilitadas locomotoras TLD para el servicio Victoria-Puerto Montt, así como se programó la adquisición de otras tres para el servicio Victoria-Valdivia.^[6]​

Fue inaugurado por el entonces Presidente Ricardo Lagos Escobar el 6 de diciembre de 2005. El servicio recibió una inversión estatal de 44 millones de dólares con la idea de transportar a 60 mil personas anuales entre Temuco y Puerto Montt.^[7]​^[8]​ Durante la inauguración, se anunció el plan de un servicio entre Victoria y Valdivia.^[9]​ En una primera etapa, los automotores diésel recorrieron el tramo Temuco-Puerto Montt, con dos frecuencias diarias por sentido; las estaciones rehabilitadas para este servicio fueron Freire, Gorbea, Loncoche, Lanco, Máfil, Los Lagos, La Unión, Osorno, Purranque, Frutillar, Llanquihue y Puerto Varas.^[9]​

De acuerdo a las declaraciones del ex Gerente General de EFE, Eduardo Castillo, para enero de 2006 ocurrieron problemas con la venta de pasajes en la estación Temuco y los pasajeros que provenían desde los servicios Santiago-Chillán: la sobredemanda ocurrió debido a la novedad del servicio sumado a que era un periodo de vacaciones con alta demanda turística, llevando a la reestructuración del sistema de servicio.^[10]​ A partir del 27 de marzo de 2006, empezó a salir desde la estación Victoria, junto con el inicio de la operación de los talleres ferroviarios Victoria.

Los servicios combinaban en la Estación Temuco y la Estación Victoria con el servicio EFE Temuco. El 16 de junio de 2006, se suspendió la combinación debido al corte de la vía cercano a Coihue,^[10]​ y al cambio de durmientes y arreglos entre Chimbarongo y Chillán.

El 2 de octubre de 2006, se reanudó el servicio Osorno-Puerto Montt y se dio inicio al servicio Victoria-Gorbea.^[11]​ Posteriormente, el servicio Temuco-Puerto Montt dejó de operar el 1 de abril de 2007.^[12]​^[13]​ Hasta 2008, no se consideró la rehabilitación del servicio hasta Puerto Montt, ya que se quiso adquirir otras dos máquinas para mejorar el número de servicios de pasajeros ofrecidos.^[10]​

Desde entonces solo operó el tramo Victoria-Temuco, dando origen a un nuevo servicio de cercanías operado por automotores tipo TLD, y originalmente incluyendo a automotores eléctricos AES. El servicio fue llamado oficialmente «Regional Victoria-Temuco».^[10]​

El 1 de mayo de 2008, EFE traspasó la operación del servicio Regional Victoria-Temuco a su filial Ferrocarriles Suburbanos de Concepción S.A..^[14]​

Cuando se inauguró el servicio, también comenzaron a suceder constantes fallas en los motores y otros equipos de estos automotores. Esto, sumado a los choques que sufrieron con camiones y a la escasez de repuestos, complicaron las labores de operación y de mantenimiento de las unidades, por lo que se recurrió a la técnica del desguace (que consiste en desarmar un vehículo para usar las piezas "en buen estado" en otro vehículo similar) para mantener funcionando 2 automotores. Por esta razón, para ese entonces se encontraban operando los TLD-503 y TLD-504.^[10]​

Desde que comenzó el nuevo recorrido hasta un tiempo antes del terremoto del 27 de febrero de 2010, el servicio contaba con 3 salidas diarias. El 26 de marzo de ese año, EFE anuncia que el servicio sería suprimido, y sus máquinas trasladadas a Concepción; sin embargo esta medida fue revertida el 31 del mismo mes, debido a las presiones políticas sobre el Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones y a la Empresa de los Ferrocarriles del Estado.^[15]​ Tras un tiempo de suspensión del servicio, en abril del mismo año volvió a operar, aunque con problemas con frecuencia y velocidad, lo que causó protestas por parte de los usuarios.^[16]​^[17]​ El tiempo de viaje era de aproximadamente 1 hora y 31 minutos desde Temuco a Victoria.^[18]​

A partir del 5 de mayo de 2011, y tras meses de gestión por parte de la Secretaría Regional Ministerial de Transportes y del ente educacional con la filial ferroviaria, comenzó a funcionar un servicio prestado por Fesur que unía Temuco con el Instituto Claret en Vilcún, permitiendo trasladar a 300 niños de enseñanza básica y media por automotor en 15 minutos de viaje.^[19]​

Debido a la pandemia de COVID-19, el 29 de marzo de 2020 se suspendieron sus servicios,^[20]​ siendo retomados el 4 de junio del mismo año.^[21]​

El 24 de mayo de 2021 el servicio cambió de nombre, adoptando oficialmente el nombre genérico de «Tren Victoria-Temuco».^[2]​

El 21 de septiembre de ese mismo año, el servicio comenzó a operar con los nuevos trenes de origen chino CRRC Sifang, de la serie SFE/SFD. Durante la puesta en marcha, estuvieron presentes la ministra de transportes Gloria Hutt y el presidente de EFE Trenes de Chile, Pedro Pablo Errázuriz.

Los trenes cuentan con acceso universal, sistemas de información al pasajero a través de pantallas y sonorización, iluminación led, climatización, entre otras cosas. Debido a obras en las estaciones y en las vías, el servicio inicialmente no tuvo detenciones en las estaciones Pillanlelbún y Lautaro Centro.^[22]​ Con el anuncio del programa nacional «Chile sobre Rieles», se anunció el interés de reabrir un servicio que conecte desde Victoria hasta Puerto Montt.^[23]​

El 2 de noviembre de 2021, el servicio fue suspendido nuevamente de manera indefinida producto del atentado incendiario ocurrido en el sector de Victoria contra un tren de carga de Fepasa.^[24]​ Aunque hubo servicios esporádicos, el 19 de noviembre se reactivaron los servicios del tren.^[25]​

En 2022, el servicio superó los 476 mil pasajeros anuales, convirtiéndose en el servicio más masivo de Tren Araucanía.^[4]​

En julio de 2022, el Ministerio de Transporte y Telecomunicaciones anunció que la estación Cajón sería reabierta para el año 2023, implicando un gasto entre los 300 a 500 millones de pesos chilenos.^[26]​ En diciembre de ese año se anunció la apertura de la licitación para la construcción de las nuevas estaciones de Cajón para el Tren Victoria-Temuco y Padre Las Casas para el Tren Temuco-Pitrufquén.^[27]​

El 6 de diciembre de 2023, se inauguró el paradero Cajón —habilitada en la ubicación de la antigua estación homónima—, volviendo a ofrecer servicios como parte de las nueve detenciones del Tren Victoria-Temuco.^[28]​

Las estaciones, en el sentido de norte a sur, son las siguientes:^[4]​

Los automotores TLD orignalmente son de procedencia española, llamadas originalmente Serie 593 fabricadas entre 1982 y 1984 para servicios de media distancia de RENFE. Estas unidades habían sido dadas de baja durante la década de 1990 debido a la baja demanda de servicios que estas cubrían y a reiteradas fallas originadas fundamentalmente en su tipo de transmisión, siendo almacenadas hasta el momento de su traspaso. La adquisición de estas incluyó la rehabilitación y nueva pintura. La rehabilitación de los automotores llevó a su renombramiento como TLD-500.^[29]​

Las máquinas operaron por un par de años luego de la inauguración del servicio Victoria-Puerto Montt, sin embargo estas comenzaron a presentar problemas de consideración, como no haber sido diseñadas para rutas de larga distancia, tampoco haber sido capacitadas las suficientes personas para su mantención, sus repuestos se agotaban rápidamente y al estar el motor abajo de las máquinas este se exponía a daños mecánicos,^[10]​ lo que conllevó a problemas con los servicios. Esto se suma a que dos de las máquinas se vieron involucradas en accidentes con daños graves: La unidad TLD-501 sufrió un choque con un bus de pasajeros el 4 de septiembre de 2006, dejándola con daños totales y siendo usada para repuestos; mientras que la TLD-502 chocó con un camión el 23 de marzo de 2007, donde quedó inoperativa por un año.^[10]​ Hasta antes de la llegada de las máquinas SFD, los automotores TLD-502, TLD-503 y TLD-504 prestaron servicios al tren Victoria-Temuco. Fueron apartados del servicio oficialmente el 22 de septiembre de 2021.^[30]​ Sin embargo, desde entonces se está evaluando la utilización de estas unidades para otro servicio.^[31]​

El 23 de octubre de 2017, el Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones anunció la licitación de 16 nuevas máquinas para los servicios de pasajeros, dentro del programa «Chile sobre Rieles», siendo tres destinadas al servicio Victoria-Temuco.^[32]​ En octubre de 2018 se anunció que la empresa china CRRC SIFANG ganó la licitación internacional de todos los trenes nuevos para Chile con su propuesta de US$ 77 millones; los tres nuevos trenes para este servicio son los únicos diésel de la licitación. Estos nuevos trenes aumentaron la capacidad de transporte de pasajeros de 190 a 438.^[33]​

Los nuevos trenes arribaron a Chile en febrero de 2021, donde posteriormente fueron sometidos a pruebas de calidad, aceptación y homologación en la ciudad de Santiago. El 22 de septiembre del mismo año, entraron en operaciones las tres nuevas máquinas SFD-300 (SFD-301, SFD-302 y SFD-303). Estas nuevas máquinas están compuestas por dos coches, cada uno con cabina de conducción y dos unidades propulsoras diésel para la generación de energía de tracción, con lo cual se entregan servicios dentro de los vagones, como calefacción y servicios de carga de dispositivos móviles.^[18]​

• Tren Araucanía
• Tren Pitrufquén-Temuco

1. ↑ Corresponde a su inauguración como parte del Tren Victoria-Temuco, tal como fue renombrado en 2021.

• EFE Chile - Tren Victoria – Temuco
• Entrevista a don Nelson Hernández, Gerente General de FESUB (por periodicosgratuitos).
• Trabajo audiovisual "Al colegio y en tren", de xtrapotrenes.
• TLD-504 pasando por Cruce sur de Pillanlelbún, por MonoShadow.