En el año 1878 Juan José de Herrán y Ureta comienza a difundir su propuesta sobre la unión de la capital alavesa, Vitoria, con Bilbao mediante un ferrocarril que partiendo de Vitoria llegara a Durango, donde entroncaría con ferrocarril Bilbao-Durango que se estaba construyendo entonces. Herrán realizó esta difusión mediante la publicación de artículos en el periódico El Anunciador Vitoriano.​

El 22 de mayo de 1879 comienzan los trámites para la construcción de una línea férrea que uniera los territorios de Vizcaya, Guipúzcoa, Álava y Navarra. Ese día se formaliza la Junta Gestora, presidida por Pedro Ortiz de Zárate, con el encargo de estudiar el proyecto. La Junta estaba dividida en tres secciones: la política, que presidía Domingo Aragón; la económica, que presidía Modesto Escuariza, y la científica, que presidía el propio Herrán. De la propuesta inicial de la línea Vitoria-Durango se pasa a la propuesta Durango-Vitoria-Estella, al que luego añadieron un ramal adicional entre las poblaciones navarras de Arróniz y Lerín. Durante los dos años siguientes, 1880 y 1881, se realizan los estudios pertinentes y el 12 de abril de 1882 se presenta el proyecto en los cuerpos legislativos del Estado, en Madrid.

En 1882 Joaquín Herrán y Ureta, sobrino del ingeniero Juan José Herrán y Ureta que había realizado los estudios preliminares, y Wenceslao Martínez consiguen la concesión administrativa que les facultaba para la construcción de una línea férrea. El 12 de mayo se había aprobado el proyecto por el Senado y el 9 de junio se publicó la ley que permitía el comienzo de las obras.​

El 15 de septiembre de 1882 se presenta la memoria detallada y el presupuesto (el capital necesario era de 18.000.000 pesetas), en el que el resultado del coste por km de línea resultaba inferior a la media del Estado, lo que representaba una rentabilidad alta a los posibles inversores, cosa que la realidad demostró falsa. En 1915 se consigue la participación de inversores ingleses y Wenceslao cede su parte a Juaquín Herrán, quien queda como accionista único.

La ejecución del proyecto lo realizó la compañía The Anglo-Vasco-Navarro Railway Company Limited con participación de capital inglés al no encontrar financiación nacional. Esta compañía se fundó en 1887. La compañía nace con un capital de 570.000 libras esterlinas (85.502 €), repartido en 28.500 acciones de 20 libras (3 €). El acuerdo de fundación de la compañía se alcanzó el 28 de mayo de 1886.

El 20 de enero de 1887 empiezan las obras y el 17 de febrero de 1889 se inaugura el tramo Vitoria a Salinas de Léniz, después de un año de pruebas que se iniciaron con la locomotora de vapor de marca Falcon llamada Euskalerria. Poco después quiebra The Anglo-Vasco-Navarro Railway debido a la mala situación de uno de sus socios (Banca Artola) y la mala gestión de las obras de construcción. En mayo de 1897 el Estado interviene al abandonar, por impago, los trabajadores las obras, y abre tres convocatorias públicas de licitación para continuar los trabajos que quedan desiertas, tras lo cual lo incauta definitivamente en octubre de 1903. Las obras se detienen y el tramo abierto sigue en explotación bajo la dirección de Ángel Rey García y Antonio de la Portilla.

En 1914, el diputado en Cortes por Álava Eduardo Dato retoma el proyecto y hace gestiones para su continuación, llegando a acordar con las diputaciones forales la reanudación de las obras que van completando la línea: el 4 de octubre de 1916 llega a Escoriaza, el 15 de febrero de 1918 a Mondragón y el 3 de septiembre del año siguiente a Mekolalde (Vergara), que sería punto y final de la misma al estar ya construida la línea Durango-Zumárraga, el llamado Ferrocarril del Deva.

En 1914 se decide construir la estación norte de Vitoria, dando así por comenzada la línea Vitoria-Estella y continuidad a lo ya construido hacia Vizcaya, y se decide que el ferrocarril acabe en Vergara uniéndose con la línea Vergara-Zumárraga. Con financiación adelantada por las diputaciones forales, las obras de la línea hasta Vergara se ponen en marcha. El 22 de septiembre de 1915 se inaugura el tramo vitoriano entre las estaciones de la capital.

El 30 de septiembre de 1923 se inaugura, con presencia de la reina Victoria Eugenia de Battenberg, el ramal hasta la población de Oñate desde el barrio de San Prudencio de Vergara. En 1929 se acaba el tramo Vitoria-Estella que se inaugura ya electrificado. La electrificación del resto de la línea se realizaría posteriormente en 1938.

Bajo la dirección del ingeniero Alejando Mendizábal Peña se comienza la construcción del tramo Vitoria-Estella. Los trabajos empiezan el 8 de septiembre de 1919 y el 23 de septiembre de 1927 se inaugura la misma con presencia del presidente del gobierno Miguel Primo de Rivera. La locomotora que tiró del tren inaugural fue la nº 14 de La Maquinista Terrestre y Marítima de Barcelona. El 20 de febrero de 1938, en plena Guerra Civil, se completa la electrificación hasta la estación término de Mekolalde. El 2 de mayode 1948 se pone en servicio un pequeño ramal hasta el Monasterio de Santa María de Estíbaliz. La máxima dificultad de este tramo fue el túnel de Maestu, hoy denominado de Laminoria, con 2.200 metros de longitud, en el que trabajarosn obreros especializados procedentes de Asturias; el túnel se unió en febrero de 1924.

La utilización de la línea fue buena en sus primeros años. En 1920 el ferrocarril transportó 204.800 personas y 90.800 tm de mercancías y en 1932 325.600 pasajeros y 179.000 tm de mercancías.​ LLegó a mover hasta 3.300.000 viajeros y 800.000 Tm de mercancías a "gran velocidad" y 2.200.000 a "baja velocidad".​

El 31 de diciembre de 1967 se clausura la línea férrea.

Directores de la línea

• Joaquín Herrán y Ureta, 1889-1903.

• Ángel Rey García y Antonio de la Portilla, 1903- ¿?.

• Alejandro Mendizábal, 1927-1931.

• Cesar Cañedo Argüelles, 1939-1955.

• ¿?, 1955-1958.

• Narciso Buesa Buesa, 1958-1966.

• Jesús Etayo, 1966-1967.

Características de la línea

Los momentos diferentes en el que fue construida la línea férrea han dejado su impronta tanto en el trazado como en las edificaciones. El tramo Vitoria-Salinas de Leníz se construyó entre los años 1887 y 1903 por la compañía The Anglo-Vasco-Navarro Railway Company Limited, el tramo Salinas de Leníz-Vergara se hizo entre los años 1914 y 1919 por el Estado, quien también construyó entre los años 1920 y 1927 el tramo Vitoria-Estella y el ramal a Oñate.​

Tramo Vitoria-Salinas de Leníz

Este fue el tramo inicial del ferrocarril y su trazado no presenta dificultades técnicas reseñables. En él hay dos puentes, uno sobre el río Zadorra a la altura de Eskalmendi y el otro sobre el río Santa Engracia entre las poblaciones de Retana y Urbina. Los puentes fueron proyectados y construidos en estructura metálica, pero en 1942 se volvieron a construir en hormigón.

La estación de Vitoria era la estación principal y sede de la compañía, en la que estaban sus oficinas. Era un edificio de dos pisos con una marquesina que cubría los andenes. Las otras estaciones del tramo eran muy simples, sin servicios para los viajeros, compuestas por un edificio de una planta para residencia del personal que la atendía. En 1941 fueron sustituidas por otras mejor dotadas y con servicios para los viajeros.

El cierre de la línea en 1967 supuso el abandono de la misma y el desmantelamiento de las estaciones de este tramo. Se conservan a comienzos del siglo XXI las estaciones de Retana y Urbina reconvertidas en vivienda y la de Landa convertida en centro cívico. En Landa y Legutiano se conservan algunos edificios en mal estado. En Durana la antigua estación, la simple, se conserva muy modificada.

Tramo Salinas de Leníz-Vergara

Construido ya por el Estado a partir de 1914, destaca la dificultad técnica de la bajada del puerto de Salinas. Este tramo lo comenzó a construir la compañía The Anglo-Vasco-Navarro Railway Company Limited y su dificultad llevó, entre otras cosas, a la quiebra de la misma.

La bajada de Salinas de Leníz a Escoriaza es un trazado curvo con una pendiente elevada de 22 milésimas de desnivel y curvas de 85 metros de radio. En este recorrido hay 12 túneles, el primero de ellos se encuentra justo después del apeadero de Salinas de Leníz y el último antes de llegar al barrio de Mázmela de Escoriaza. El túnel número 7 transcurre bajo la iglesia del barrio Escoriazatarra de Zarimuz.

Una vez en el valle del río Deva, el trazado se suaviza y discurre a la vera del cauce. Entre Escoriaza y Vergara hay cinco túneles y trece puentes, ya que el tren cruza el río en numerosas ocasiones. Los puentes están construidos en hormigón.

El ramal que une San Prudencio con Oñate discurre en un leve desnivel y tiene diez puentes sobre el cauce del río Oñate hechos en hormigón.

Los edificios que se construyeron en este tramo se hicieron de estilo ecléctico con referencia anglosajona, que recuerdan a los edificios industriales ingleses de la época. Sus características son: tejado a dos aguas con gran inclinación con teja plana, grandes aleros sujetos con tornapuntas y muros de mampostería con remates de ladrillo en ventanas, puertas y líneas de imposta. La estación de Escoriaza ha sido convertida en un almacén municipal y la de Mondragón en sede de la oficina de empleo.

El ramal de San Prudencio a Oñate, realizado en otro periodo, tiene características diferentes. Las estaciones de San Prudencio y Zubillaga son de estilo ecléctico con las paredes de la segunda planta raseadas y falsos entramados de viguería al estilo del caserío vasco. La estación de Oñate está inspirada en las casas palaciegas de la propia villa. En este caso la cubierta es de poca inclinación y realizada con teja curva, los muros son de sillería con ventanas y puertas en arco de medio punto. La puerta principal, que se ubica en la mitad de la fachada, está destacada mediante el uso de pilastras y coronada con un frontón clásico. Todas las estaciones se completaban con almacén y muelles de carga y descarga de mercancías.​

Tramo Vitoria-Estella

Entre 1920 y 1927 se construyen los 69 kilómetros de la línea de Vitoria a Estella, que los realiza el Estado y poco tiene que ver con la línea a Vergara. Para su construcción, el ingeniero encargado del proyecto, Alejandro Mendizabal Peña, hizo un nuevo estudio que modificó significativamente el inicial efectuado por Joaquín Herrán y su tío Juan José. En sus 69 km esta línea atraviesa dos comarcas alavesas, La Llanada la Montaña, y una navarra, Tierra Estella.

Las estaciones de esta línea, diseñadas por el propio ingeniero encargado del proyecto, destacan por su originalidad y belleza. En estilo ecléctico de sabor romántico y con reminiscencias, en algunas ocasiones, del tipo "old English" o de palacio del país.

Las estaciones de Vitoria-Norte, Otazu, Aberasturi, Andollu, Trocóniz, Erenchun, Gauna, Laminoria y Antoñana evocan a la arquitectura de villa burguesa inglesa. Tienen cubiertas inclinadas a dos aguas de tejas planas con grandes aleros sujetos con tornapuntas. Los muros son enlucidos y enmarcados en piedra de sillería como los dinteles de las ventanas y las puertas. Tienen un perfil irregular y una de las fachadas es diferente a las demás.

Las estaciones de Olárizu, Maeztu y Santa Cruz de Campezo tienen un tipo más de la tierra, con tejados con poca inclinación de teja curva y aleros sujetos con tornapuntas. Las puertas y ventanas en arcos de medio punto y arcos rebajados, al cuerpo principal se añade una torre o dos, como en Santa Cruz de Campezo.

La estación de Olárizu, situada después del denominado "triángulo" que unía las dos estaciones de Vitoria con la línea a Estella, era una estación internodal en la que confluían los trenes del Vasco-Navarro y de RENFE. En ella se realizaban intercambios de mercancía y estaba conformada por el edificio de la estación, el almacén, un edificio de viviendas y cochera de automotores (después de su cierre se han perdido todos los edificios a excepción del de automotores). De Andollo partía el ramal que subía a Estíbaliz (de los apeaderos de Otazu, Aberásturi y de la estación de Andollo se conservan, recuperados y dedicados a diferentes usos, todos los edificios). En Trocónniz se ubicaba una casa de viviendas convertida actualmente en escuela. Los edificios de las estaciones de Erenchun, Gauna y Ullivarri Jáuregui han desaparecido. En Ullivarri se disponía también de una central eléctrica.

La estación de Ullivarri Jáuregui es la última de la LLamanda alavesa, después de ella encontramos el túnel de Laminoria, a su lado el edificio de las brigadas de mantenimiento. En este punto la vía comienza a ascender. En este tramo se destacan las obras de fábrica correspondientes al túnel de Trocóniz y el artificial de Huecomadura y las trincheras abiertas entre Andollu y Erenchun.

Una vez atravesado el túnel de Laminoria, se entra en La Montaña alavesa. Este túnel, de 2.200 metros de longitud, es el más largo del recorrido y atraviesa la Sierra de Andía pasando de la cuenca del Zadorra a la cuenca del río Ega; en su construcción se tardó dos años. Cerca del túnel está el apeadero de Laminoria, que con el tiempo cobró importancia por la explotación minera que se abrió en el lugar y que sacaba sus productos por la línea férrea.

Un vez atravesada la divisoria de aguas el ferrocarril, emprende la bajada hacia el valle del Ega. La primera estación que se encuentra en este tramo es la de Maestu, después de pasar el apeadero de Cicujano, una estación de tres plantas con torreón que en la actualidad es la casa conssitorial del ayuntamiento del Valle de Arraia. Cerca de Maestu está el túnel de Laorza.

La vía continúa atravesando el río Berrón por el puente de peña Salada y poco más adelante por el viaducto de Atáuri, que consta de siete arcos. El viaducto da paso al túnel homónimo que atraviesa el pueblo de Atáuri, que tiene su estación (hoy en ruinas) cerca de la salida del túnel. La vía se ve obligada a cruzar de nuevo el río Berrón, esta vez por el puente de San Saturnino, cuyas dificultades de construcción y problemas de cimentación dieron pie al estudio del desvío del recorrido.

El túnel artificial de Fuenfría da paso a una larga recta que termina en la población de Antoñana, cuya estación contaba con central eléctrica (la segunda del recorrido). La vía sigue descendiendo hacia Santa Cruz de Campezo y atraviesa el río Ega por el puente de Santa Cristina, que tiene 10 metros de altura y cinco arcos. El Ega se vuelve a cruzar dos kilómetros después de Fresnedo por el puente de Tarifa, que da paso a la estación de Santa Cruz de Campezo. En esta localidad se ubicaba un complejo ferroviario, la estación, amplia de tres cuerpos y dos plantas, con cocheras, dos muelles de carga, uno cubierto y otro descubierto, cocheras para los automotores y viviendas para el personal, todo ello cerrado por un muro. De este conjunto solo se conserva el edificio de cocheras. La estación se derribó después de proponer, al menos, ocho proyectos de recuperación.

Después de atravesar el arroyo de Orradicho se pasa por el paso elevado conocido como Confín para, ya en tierras navarras, entrar en el pueblo de Zúñiga y dos kilómetros más adelante cruzar el Ega de nuevo por el mayor puente de todo el recorrido, el conocido como Puentarrón o viaducto de Arquijas. Este viaducto tiene 30 metros de altura y está formado por nueve arcos. Se construyó en hormigón recubierto de piedra. Seguido de él está el túnel de Arquijas y poco antes había una casa de viviendas para las brigadas de mantenimiento de la línea. El túnel tiene una longitud de 1.245 metros y se realizó atacando en cuatro frentes, por sus dos bocas y desde un pozo central. Las bocas están preparadas para poder ser voladas en caso de necesidad (también se dice que el viaducto está preparado para ello).

La salida del túnel se realiza ya en Tierra Estella, cerca está la estación de Acedo - Los Arcos, un edificio de dos plantas y buhardilla, y después de pasar por el paso elevado de Secón, el túnel artificial de Granada y un par de pasos inferiores se encuentra el pueblo de Ancín en donde junto a su estación estaba ubicada la tercera central eléctrica del tramo. Del conjunto de edificios que componían esta instalaciones e conservan todos ellos, la estación como casa consistorial y la central como edificio de servicios de las piscinas municipales.

La estación de Murieta es un edificio de tres plantas con torre octogonal que después del cierre de la línea se ha convertido en casa consistorial. En Zubielqui se haya la última estación antes de la de Estella y seguida a ella el puente y el túnel del mismo nombre. La vía cruza el paso superior de Valdelobos para cruzar por última vez el Ega por el puente de Los Llanos y entrar ya a ala estación termino de Estella.

La estación de Estella es un magnífico edificio de neorománico que evoca el palacio de los Reyes de Navarra situado en la ciudad y fechado en el siglo XII. Tiene cubiertas de escasa inclinación con teja curva y alero con falso matacán. Está constituida por un cuerpo central al que se le han añadido dos torres en sus extremos, los muros son de sillería y las ventanas y puertas están realizadas con arcos de medio punto, dobles y triples que alternan con otros ojivales de la planta baja.

El ingeniero Alejandro Mendizábal quiso plasmar en el diseño de la estación de Estella un homenaje al entonces presidente del gobierno el general Miguel Primo de Rivera que ostentaba el título de marqués de Estella. El complejo ferroviario se completaba con muelles de carga y cocheras. El edificio de la estación, único en pie de todos ellos, se ha reutilizado como estación de autobuses y para dependencias municipales. Esta estación, junto con la de Maestu, conserva la marquesina metálica original.​

Estaciones

Vitoria - Vergara

Álava

• Vitoria ciudad

• Vitoria Gamarra

• Durana

• Retana

• Urbina

• Villarreal de Álava

• Landa en Álava

Guipúzcoa

• Salinas de Leniz

• Marín

• Mázmela

• Escoriaza

• Arechavaleta

• Mondragón

• San Prudencio

• Vergara

• Vergara Mekolalde

Ramal a Oñate

• San Prudencio

• Zubillaga (apeadero)

• Oñate

Vitoria - Estella

En Álava

• Vitoria-norte

• Olárizu

• Otazu

• Andollu

Ramal a Estíbaliz

• Trocóniz

• Gauna

• Erenchun

• Ullíbarri-Jáuregui

• Laminoria

• Cicujano

• Maestu

• Atauri

• Antoñana

• Fresnedo

• Santa Cruz de Campezo

En Navarra

• Zúñiga

• Acedo

• Ancín

• Granada

• Murieta

• Zufia

• Zubielqui

• Estella

Vía verde

El 31 de diciembre de 1967 salió el último tren de esta línea férrea poniendo punto final a su explotación comercial. Las instalaciones quedaron abandonadas y se procedió al desmantelamiento de las vías y catenarias. Los edificios pasaron a realizar diferentes funciones, algunos no fueron recuperados y terminaron destruidos y otros fueron sustituidos por viviendas.

En el tramo guipuzcoano el trazado fue siendo invadido, poco a poco, por la trama urbana e industrial, en las zonas cercanas a los núcleos poblacionales e industriales mientras que en las zonas rurales se aprovechaban las infraestructuras para diferentes fines, normalmente como almacenes de apeos y leña. En la última década del siglo XX se fueron creando algunos tramos de vía verde, en esta ocasión dedicados al paseo y al ciclismo. Tramos cortos sin unión entre ellos.