Su construcción comenzó a ser pensada en 1852, pero el inicio de las obras comenzó en 1855; el ferrocarril fue construido en muchas etapas, interconectando vías férreas ya presentes en algunas secciones del sur y desprendiendo muchos ramales perpendiculares a su distribución.
Está conformada por una trocha ancha de 1676 mm, exceptuando algunos ramales que se desprenden del troncal.
[1][3] Junto con el tramo que origina desde Santiago, también se había iniciado la construcción de otros 100 km más al sur, o sea, el tramo entre Estación Chillán y Estación San Rosendo, y las de los ramales de San Rosendo a Talcahuano y San Fernando a Palmilla que habían sido autorizados por ley de 1869, terminados en 1872 y contratados por Juan Slater.
Ese mismo año, Slater contrató la construcción del tramo de 213 km que había quedado al norte, entre Curicó y Chillán, como, asimismo, los ramales de San Rosendo a Angol y el ramal hacia Los Ángeles.
[1] En conformidad al programa formado por el gobierno, el Ferrocarril Longitudinal debería haber seguido al sur por Angol, pero estudios posteriores de una comisión de ingenieros, presidida por Víctor Aurelio Lastarria, cambió de dirección tomando la ruta actual desde estación Victoria y dejando la sección Renaico-Angol como un simple ramal, que luego se extendió a estación Traiguén[1][5] Resuelto el cambio de trazado, durante 1884 se iniciaron los trabajos del tramo de Renaico a Victoria y la prolongación del ramal Angol-Traiguén terminados en 1890.
[10] Los edificios principales de la línea Longitudinal Sur totalmente destruidos por los sismos correspondían a las estaciones Santa Fe, Ercilla, Inspector Fernández, Temuco, Reumén, Paillaco, Chahuilco, Casma, Los Pellines, Llanquihue y Puerto Montt.
Otras estaciones significativas en la región incluyen Lo Valledor (intermodal con la estación del metro de Santiago con el mismo nombre), Pedro Aguirre Cerda y San Bernardo, todas en funcionamiento y proporcionando servicios como el Tren Nos-Estación Central.
Estaciones como Angostura y Gultro, sin embargo, han cesado operaciones en torno a la mitad del siglo XX.
La estación Chillán, que data de 1874, es una estación clave aún en operación, mientras que otras en la región, como Ñiquen y Buli, no prestan servicios de pasajeros desde hace décadas.
Estaciones como Laja, construida en 1876, mantienen sus operaciones, contribuyendo al transporte regional, mientras que otras como Monte Águila y Santa Fe cerraron sus operaciones en los primeros años del siglo XXI.
La región de Los Ríos cuenta con varias estaciones que delinean la historia del transporte en tren en esta zona.