Prevista dalla legge Baccarini,[2][3] la linea fu attivata il 27 maggio 1892.[4]
A seguito della costruzione della vicina "direttissima" Roma-Napoli, negli anni venti, la tratta da Velletri a Priverno divenne rapidamente obsoleta e sottoutilizzata, perché il collegamento tra Roma e Terracina poteva usufruire della nuova linea.
Danneggiata dagli eventi della seconda guerra mondiale, la linea venne riattivata nella sua interezza nel 1947.
Il servizio ferroviario sulla tratta Velletri-Priverno fu sospeso il 1º dicembre 1957, e la tratta fu definitivamente soppressa il 7 ottobre dell'anno successivo.[5]
Il luogo della frana nei pressi di Terracina, come si presenta al 2023
Rimase in esercizio il tronco terminale da Priverno a Terracina, intersecante la direttissima Roma-Napoli presso la stazione di Priverno-Fossanova. Questa tratta fu esercita a trazioneDiesel e a vapore con servizi locali, in coincidenza dei treni tra Roma e Napoli, e con un contenuto servizio merci.
La tratta Priverno-Fossanova-Terracina fu riarmata ed elettrificata tra il 1982 ed il 1993, mentre sul breve tronco Priverno-Fossanova tali lavori non furono mai ultimati; il tronco da allora risulta abbandonato sebbene sia ancora armato e sia usato sporadicamente solo come raccordo merci o come semplice deposito di rotabili destinati a demolizione.
La tratta residua, da Priverno-Fossanova a Terracina, è lunga 18 km e dal 1993, alla riapertura dopo i lavori di rinnovo armamento e trazione elettrica, è esercita tramite esercizio a spola[6]. Fino alla metà degli anni 2000 è stata esposta al rischio di chiusura, avendo una sola coppia di treni al giorno (con destinazione Roma Tiburtina oppure Roma Ostiense) fino a quando una riorganizzazione del servizio ha visto istituire numerosi treni regionali tra Roma Termini e Terracina lungo l'intero arco della giornata, presto caratterizzati da un elevato livello di traffico viaggiatori.
Dal 2017, la Regione Lazio ha assegnato 4 milioni di euro per la messa in sicurezza, ma i lavori non sono ancora iniziati: il Comune non aveva previsto né la presenza di ulivi da espiantare sulle aree limitrofe né una condotta che passava proprio sotto i terreni interessati dai lavori.
Durante un tavolo tecnico avvenuto il 15 febbraio 2024 al Ministero dei Trasporti, RFI ha espresso disponibilità, ma ha al contempo evidenziato la necessità di un investimento di oltre 60 milioni di euro, in aggiunta ai 15 milioni per la messa in sicurezza del Monte Cucca.[7]
Al 2025 la ferrovia è ancora sospesa al traffico.[8]
I passaggi a livello sono interamente automatici, ad eccezione del primo dopo Priverno-Fossanova (protetto dal segnalamento) e di quelli tra Priverno e Sonnino.[9]
Le velocità massime consentite sono relativamente basse benché la geometria del tracciato e il binario consentano velocità teoricamente maggiori.
Luca Merisio e Antonio Polito, Indice delle illustrazioni, in Italia della nostra gente - Treni ad altra velocità, Roma, Ecra - Edizioni del Credito Cooperativo, 2023.
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