En la segunda mitad del siglo XIX el ferrocarril fue, sin duda alguna, el medio de transporte que revolucionó el traslado de carga y pasajeros al acortar el tiempo de viaje, ampliar las capacidades de carga, y posibilitar la llegada y salida de mercancías desde lugares que no disponían de puertos. El primer ferrocarril chileno fue el que unía Caldera con Copiapó, le siguió el de Santiago-Valparaíso y, posteriormente, el ferrocarril del sur, que llegó a Talca en 1875.

Los ramales, o líneas férreas secundarias que se desprenden desde la línea central, fueron bastante comunes, porque buscaban comunicar los valles del interior con la zona costera del país. En la zona del Maule, las iniciativas tendientes a la construcción de un ramal que uniera Talca y Constitución surgieron desde los sectores agrícolas, industriales y comerciales, quienes apelaron por un traslado más fácil y seguro de sus productos y por una mayor conexión con el puerto de Constitución. Así, José Manuel Balmaceda prometió en su campaña presidencial a los habitantes de Talca y Constitución, la construcción de un ramal que uniese estas dos localidades. Una vez electo, el Presidente Balmaceda encargó al ingeniero Ignacio Vivanco el presupuesto de los gastos de la construcción del ramal. En 1888, los ingenieros Pissis y Gore se asentaron a seis kilómetros al sur de Talca, en el sector llamado Las Ánimas, con el propósito de conocer los requisitos que implicarían el inicio y desarrollo de la obra. Luego se instalaron las faenas y se construyó el primer puente de la vía férrea. Ese mismo año se decidió traer las locomotoras desde los Estados Unidos, y los rieles y otros artículos, desde Inglaterra. Por su parte, el ingeniero inglés J.S. Hull se adjudicó la licitación de la primera etapa de construcción.

En las obras se emplearon miles de hombres, muchos provenientes de las afueras de Talca. En algunos casos los trabajadores se trasladaban con sus familias y muchos productos como alimentos, herramientas y materiales, debieron ser enviados en grandes cantidades a las faenas desde diversos puntos del país. Esto otorgó una nueva dinámica a la vida de la ciudad. Desde el inicio de su construcción, el ramal Talca-Constitución influyó terminantemente en la actividad social y económica de la región del Maule, ya que produjo un cambio en los medios de comunicación, desplazando a las antiguas formas de transporte fluvial de la zona.

En mayo de 1890 comenzaron las obras a cargo del ingeniero Hull, las que no estuvieron exentas de conflictos que alteraron su normal ejecución. Dos años después, el 13 de agosto de 1892, se inauguró el primer tramo de 33 kilómetros de extensión y que contó con seis estaciones, desde la Estación Talca hasta la Estación Curtiduría. Las locomotoras utilizadas pesaban entre 20 y 35 toneladas, sus ruedas tenían 1.20 metros de diámetro y podían arrastrar hasta 200 toneladas de peso. Sus carros se dividían en carros de carga y en coches de pasajeros, de primera, segunda y tercera clase.

En octubre de 1892 el ingeniero Domingo Víctor Santa María, que había construido el puente sobre el río Maule en 1890, fue comisionado para inspeccionar las obras construidas, cuyas estaciones se extendieron hasta la estación Pichamán en 1894.

En 1899, un decreto firmado por el entonces Ministro de Industria y Obras Públicas, Arturo Alessandri Palma, estableció que todos los ramales pasarían a la administración fiscal, por lo que los concesionarios debieron entregar la explotación del ferrocarril al Estado. De este modo, ya bajo dirección estatal, el último tramo del ramal se inauguró el 19 de diciembre de 1915, llegando a la Estación terminal Constitución. Una vez concluido, el ramal se extendía por 88 kilómetros. Además de unir localidades y poblados, colaboró en la diversificación de la vida urbana, social y económica con la llegada y salida de productos y pasajeros; representó un nuevo y mejor medio de comunicación entre sus habitantes; y colaboró en la modernización y progreso del Maule.

Actualmente, toda la línea cuenta con energía eléctrica y corren por ella buscarriles de dos cuerpos fabricados por Ferrostaal. El ramal Talca-Constitución es el único tren de trocha angosta que existe hasta ahora en Chile, siendo declarado Monumento Histórico Nacional el 25 de mayo del 2007.