Già nel 1845, quindi dopo solo sette anni dall'apertura della prima ferrovia austriaca, alcuni rappresentanti del Tirolo proposero la realizzazione di una ferrovia a cavalli da Maribor a Bressanone. Solo nel 1858 fu autorizzata la costruzione della Villach - Bressanone con trazione a vapore; i lavori partirono nel 1869 con l'impiego di circa 1000 lavoratori, 280 tecnici e ben 58 cavalli al giorno. L'opera fu conclusa un paio di anni dopo, esattamente il 30 novembre 1871. Nel frattempo visto che la ferrovia del Brennero era stata completata, il capolinea definitivo fu spostato a Fortezza.
Fino al 1909, anno di completamento della ferrovia del Tauri, la linea era l'unico collegamento tra il Tirolo e la Carinzia e rivestiva una via di primaria importanza. La trazione a vapore era affidata alle macchine del deposito di Lienz o Bolzano. Durante la guerra fu utilizzata massicciamente per il trasporto di truppe e vettovagliamenti verso il fronte.
Nel 1918 avvenne il passaggio del tronco Fortezza - San Candido sotto le FS e si ebbe una brusca contrazione del traffico che divenne prettamente locale. Unica eccezione la relazione stagionale Roma - Milano - San Candido e qualche diretto da Vienna. A Brunico, cosi come a Fortezza, vennero aperti dei depositi locomotive, mentre a San Candido fu installata la stella per la giratura delle locomotive.
Dopo la guerra le macchine regine di questa linea furono le 740 ed in seguito le 741, mentre per il servizio leggero venivano impiegate le Aln 556. Fecero anche la comparsa i Korridorzug, servizi diretti senza fermata, tra Lienz e Innsbruck, soppressi qualche anno fa. Dal 1975 furono impiegati i primi mezzi diesel al posto delle locomotive a vapore.

Dal 1985 al 1989 la linea è stata completamente ristrutturata con la sostituzione dell'armamento, l'installazione dei segnali luminosi e l'elettrificazione della linea. Sono così sparite le doppie 445 in trazione simmetrica per i treni più impegnativi (tra cui le relazioni Bruxelles - San Candido), la stella a San Candido e, sotto la scure della ristrutturazione, anche il deposito di Fortezza.
La trazione è stata affidata alle E 424 navetta, alle Ale 840 ed a qualche 652 per il sempre più raro servizio merci (che ha subito un tracollo con l'apertura della nuova Pontebbana e dello scalo di Cervignano).

La linea della Val Pusteria è lunga 64 Km da Fortezza a San Candido, mentre da San Candido al confine di stato ci sono altri 8 Km gestiti da RFI. Il tratto con pendenza maggiore è situato tra Brunico e Dobbiaco con un ascesa del 20 %, mentre sul resto della linea non si supera il 7 %. Le velocità massime sono di 75 km/h in rango A e 80 km/h in rango B. La linea è esercitata in DCO con sede a Bolzano e viene utilizzato il blocco conta assi, integrato con blocco elettrico ZG62 austriaco nel tratto fino al confine di stato. Sono presenti nove passaggi a livello, di cui tre automatici.
La linea è percorsa da regionali a cadenza oraria composti da E 464 e tre vetture MDVC. Da luglio sono comparsi anche due bagagliai tipo X ristrutturati per il trasporto biciclette. Uniche eccezioni sono l'espresso periodico con trasporto auto Roma - Brunico - San Candido al traino normalmente di una E 656 e due coppie Innsbruck - Lienz più una periodica formata dalla 1822 OBB e tre vetture Eurofima OBB ed un bagagliaio.
Dal lato austriaco vi sono coppie cadenzate di treni regionali Villach - San Candido con vetture City Shuttle e uno o due vagoni per le biciclette. La trazione è quasi sempre affidata alle 1142.
Il servizio merci è praticamente inesistente sul versante italiano, mentre rimane qualcosa su quello austriaco per il trasporto del legname.

Dopo la ristrutturazione del 1985-1989 e fino ai tempi più recenti la linea ha continuato ad essere percorsa - oltre che dai "Korridorzüge" - da treni locali Fortezza-San Candido (con qualche collegamento diretto per Bolzano). Un esperimento di servizio "non stop" fra Bolzano e Brunico, quindi in servizio locale fino a San Candido non ebbe seguito.

Il traffico merci ha conosciuto una breve e blanda fioritura durante gli anni novanta grazie ad una serie di "treni FIAT" che portavano in Italia le vetture prodotte in Polonia dalla Casa torinese, dopo di che le quantità di convogli si è ridotta sempre più. Interessante invece un ancora oggi vivace traffico di legname fra l'Austria e San Candido (dalla cui stazione i carichi proseguono spesso con autocarri).
Nel 1997, con l'entrata in vigore degli Accordi di Schengen, i Korridorzüge non ebbero più ragione di esistere in quanto i treni in circolazione tra Innsbruck e Lienz poterono effettuare servizio passeggeri anche nella tratta italiana.
Negli ultimi tempi, a fronte di una crescente domanda, sono stati introdotti numerosi nuovi treni locali fra Fortezza e San Candido - che ora viaggiano a cadenza oraria - con l'intenzione di portare a mezz'ora la frequenza e di riattivare fermate soppresse ovvero attivarne di nuove.
Giace inoltre in un cassetto un antico progetto - risalente ancora ai primi anni di esercizio - di un bretella di collegamento diretto su Bressanone che eviterebbe l'attuale inversione di marcia a Fortezza per i convogli Bolzano-San Candido.
Oltre al sempre più intenso utilizzo da parte di pendolari, questa linea è molto apprezzata dai turisti, in particolare grazie al trasporto di biciclette che permette di percorrere la notevole rete di piste ciclabili sia in territorio italiano che austriaco, come la ciclabile Dobbiaco - Lienz e la ciclabile della Pusteria.

Nell'estate del 2008, e nell'estate 2009 la linea Fortezza-San Candido è stata oggetto di un nuovo ammodernamento che ha interessato soprattutto le stazioni di Fortezza, Rio di Pusteria, Vandoies, Casteldarne, San Lorenzo di Sebato, Brunico, Valdaora, Monguelfo, Dobbiaco, mentre per la stazione di San Candido, l'unica rimasta in gestione alle Ferrovie italiane, i programmi di ammodernamento devono ancora essere definiti.
L'obiettivo era di agevolare gli incroci dei treni e di permettere di portare il cadenzamento delle corse a trenta minuti. Sono state previste nuove fermate a Versciaco, Brunico Ospedale, San Lorenzo, Chienes e Sciaves-Aica.
Grazie ad una convenzione, è aumentato il contributo della Provincia autonoma di Bolzano allo scopo di introdurre otto convogli supplementari gestiti dalla SAD, come quelli attualmente in uso lungo la ferrovia della Val Venosta, che già esercita il traffico su gomma. Il 28 agosto 2008 è stato presentato il primo di questi nuovi convogli, il FLIRT (Fast Light Innovative Regional Train) della Stadler Rail, che sono entrati in esercizio il 10 dicembre dello stesso anno.
Si prevede che alla fine del processo di ammodernamento si triplichi il numero dei passeggeri trasportati.

Prime corse prova per i FLIRT dell'altoatesina SAD tra San Candido (BZ) e Sillian (A), in vista dell'istituzione dei nuovi collegamenti a cadenzamento orario tra Fortezza (BZ) e Lienz (A) a partire dal prossimo cambio d'orario di dicembre 2014.
Si tratta di servizi che nascono sulle ceneri dei celebri korridorzüge Lienz - Innsbruck e viceversa, soppressi alla fine dello scorso anno. Da dicembre 2014 sarà possibile raggiungere Innsbruck, capoluogo del Tirolo, da Lienz con un unico cambio a Fortezza, usufruendo da quest'ultima località di cinque collegamenti EuroCity e due con treni diretti Bolzano - Innsbruck.
"I nostri moderni convogli sono attrezzati per essere impiegati a livello transfrontaliero sia sulle tratte italiane che sulla rete austriaca", sottolinea l'assessore provinciale alla mobilità Florian Mussner, ricordando inoltre che a dicembre 2014 entrerà in esercizio la nuova stazione di Versciaco, tra San Candido e il confine di Stato, direttamente collegata con gli impianti di risalita di Monte Elmo.
L'assessore Mussner e la sua omologa tirolese Ingrid Felipe concordano sul fatto che il traffico ferroviario transfrontaliero dovrà essere potenziato in maniera significativa. Tra le misure prospettate, oltre ai servizi diretti tra Fortezza e Lienz, figurano un collegamento giornaliero alla mattina e alla sera tra Bolzano e Innsbruck (in entrambe le direzioni), un aumento nel periodo invernale delle corse tra San Candido, Versciaco e Sillian nonché un miglioramento del servizio trasporto biciclette tra San Candido e Lienz.
La tabella di marcia delineata da Mussner e Felipe sarà attuata da un gruppo di lavoro formato da esperti della Ripartizione provinciale mobilità, della STA, di rappresentanti tirolesi del settore trasporti e delle ferrovie austriache ÖBB. Il gruppo sta lavorando a modelli di orario e di finanziamento per potenziare il traffico ferroviario transfrontaliero e alla definizione degli aspetti tecnici: ad esempio il nuovo materiale rotabile, l'assegnazione delle tratte ferroviarie, la ripartizione di costi e personale, l'informazione congiunta ai viaggiatori, la cooperazione nelle tariffe e le coincidenze delle corse.
Le relazioni con l'Austria sono riprese con l'entrata in vigore dell'orario invernale 2014: una corsa all'ora, operata da SAD, attraversa il confine e si attesta al capolinea di Sillian (successivamente prolungato fino a Lienz), valorizzando in tal modo la fermata di Versciaco.
Nel 2020 sono state rinnovate alcune stazioni austriache con l'inserimento delle fermate di Weitlanbrunn (davanti all'omonimo hotel) e Heinfels, mentre la stazione di Sillian è stata dotata di sottopassaggio.

150 anni fa, esattamente il 30 novembre 1871, la ferrovia della Val Pusteria fu inaugurata ufficialmente. La tratta di 200 chilometri tra Villach e Fortezza, con l'allacciamento alla ferrovia del Brennero, collegó Vienna, la capitale dell'allora monarchia austroungarica, con la capitale del Tirolo, Innsbruck.
La ferrovia della Val Pusteria è una tratta dell'Imperial regia privilegiata societá delle ferrovie meridionali e ha influito in modo determinante sullo sviluppo economico in Val Pusteria.

"L'anniversario di quest'anno ci dà l'opportunità di guardare al passato e di ricordare l'importanza della ferrovia per la Val Pusteria e per tutto l'Alto Adige", afferma Daniel Alfreider, assessore provinciale alla mobilità. "Allo stesso tempo, vogliamo prepararci per il futuro, in cui la ferrovia sarà un elemento importante di tutta la mobilità pubblica e una reale alternativa al trasporto privato motorizzato".

Il culmine dell'anniversario di quest'anno è il viaggio con una locomotiva storica a vapore che si terrà sabato 2 ottobre 2021. Il treno storico viaggerà la mattina da Fortezza a San Candido e il pomeriggio tornerà fino alla stazione di Fortezza.