L’idea di un collegamento tra il Canavese e la città di Settimo dove già passava dal 1852 la Ferrovia Torino-Milano, ebbe fra i principali promotori il medico rivarolese Carlo Demaria assieme alti esponenti della finanza torinese tra cui concorreranno altri illustri rivarolesi come soci fondatori: il sindaco Giuseppe Recrosio, Giuseppe Chiesa, titolare della manifattura omonima, il misuratore Giuseppe Peronetti, Maurizio Farina, l’impresario Fortunato Pistono ed il notaio Antonio Vallero, intenti ad attuare una politica di miglioramento e di progresso dell’economia piemontese, puntando quindi a incentivare le aree del Canavese.

La soluzione fu quella di pianificare la costruzione di una strada ferrata che collegasse le opulente aree al capoluogo. La costruzione della stessa, avviata dalla Società Anonima della Strada Ferrata del Canavese e fu approvata con atto del notaio Giuseppe Turvano l’11 agosto 1856; la linea fino a Rivarolo, lunga 16 km, con trazione a cavalli e scartamento di 1650 mm, fu inaugurata a tappe fra a partire dal 1856 concludendosi il 20 giugno 1866.

Al termine di un periodo caratterizzato da risultati finanziari deludenti, la concessione fu rilevata dall’ingegner Cappuccio, primo proprietario della ferrovia Torino-Ceres cui a sua volta, dopo il fallimento avvenuto nel 1871 subentrò l’imprenditore Reinfeld che nel 1874, su progetto dell’ingegner Gozzano, propose l’adozione della trazione a vapore. Fu la Società Anonima per la Strada Ferrata e le Tranvie del Canavese, poi rinominata Ferrovia Centrale e tranvie del Canavese(FCC), che già eserciva la tranvia Torino-Volpiano, a intraprendere i lavori di ricostruzione in sede propria del tracciato conclusi con solenni festeggiamenti il 1º dicembre 1885 contestualmente all’inaugurazione del prolungamento mediante la tranvia Rivarolo-Cuorgnè. La precedente ippovia venne dunque smantellata.

Nel 1887 furono attivati il prolungamento costituito dalla ferrovia Rivarolo-Castellamonte e una diramazione verso Cuorgné nel 1906, quest’ultima mediante un regresso dalla stazione di Rivarolo e in sostituzione della parallela tranvia. Nel 1892 fu stipulata un’importante convenzione con la Società per le Strade Ferrate del Mediterraneo, che consentì ai treni della Canavesana di impegnare i binari statali fino a Torino Porta Susa.

L’ultima sezione inaugurata fu la Cuorgné-Pont Canavese, nel 1906. La ferrovia contribuì da allora al rapido sviluppo economico e industriale delle zone del Canavese da essa attraversate, attraversando pressoché indenne il periodo della prima guerra mondiale. Il 29 marzo 1933 la società esercente venne fusa con la Società Anonima Ferrovia Torino-Ciriè-Valli di Lanzo, che eserciva la linea Torino-Ceres, dando vita alla nuova società anonima Ferrovie Torino Nord (FTN).

Nel gennaio 1959 la SATTI Società Anonima Torinese Tranvie Intercomunali subentrò alle FTN nella gestione della linea; negli anni ottanta venne costituito un consorzio, denominato TT (Trasporti Torinesi) che riuniva entrambe le società ferroviarie concessionarie delle ferrovie citate (SATTI per la Canavesana, FTC per la Torino-Ceres), il quale fu sciolto all’inizio del 1998.

Sempre negli anni ottanta, e precisamente il 17 aprile 1985, fu chiusa la Rivarolo-Castellamonte, giudicata dalla Motorizzazione Civile pericolosa per la vicinanza dei binari alla provinciale per Ivrea: i lavori di smantellamento iniziarono nel 1990.

Il 1º marzo 2002 venne attivata l’elettrificazione sulla tratta da Settimo Torinese a Rivarolo Canavese. La tratta da Cuorgnè a Pont Canavese fu interrotta nel 2000 a causa di un’alluvione e riattivata dopo ingenti lavori il 7 luglio 2004.