Nata grazie all’impulso imprenditoriale che caratterizzò l’inizio del XX secolo e che favorì l’applicazione delle nuove tecnologie allo sviluppo di un mondo più aperto e moderno, la ferrovia vide le sue premesse da parte svizzera nella necessità di collegare il Canton Ticino con la Svizzera romanda, Berna e l’Oberland bernese e da parte italiana nell’esigenza di superare l’isolamento della Valle Vigezzo per contribuire al suo progresso economico.
L’iniziativa di promuovere la costruzione della ferrovia Domodossola – Locarno, attraverso le Centovalli e la Valle Vigezzo, fu lanciata nel 1898 dall’avv. Francesco Balli, Sindaco di Locarno, che nello stesso anno ottenne per le “Ferrovie Locarnesi” la concessione della tratta svizzera dalle autorità federali. In appoggio all’’iniziativa svizzera, nello stesso 1898 i sindaci della Valle Vigezzo fondarono un “Comitato vigezzino” per promuovere la costruzione della ferrovia presso le autorità italiane. Nel 1904, grazie alla tenace attività promotrice dell’avv. Balli e da parte italiana dell’On. Alfredo Falcioni e del maestro Andrea Testore di Toceno, si arrivò infine alla costituzione di un comitato d’esecuzione italo-svizzero e all’accordo su un progetto unico, tecnico e finanziario, della ferrovia internazionale Domodossola – Locarno a scartamento ridotto. Dopo aver reperito i finanziamenti dell’opera presso la Banca Franco-Americana di Parigi, e aver superato la resistenza delle autorità italiane, che inizialmente si opponevano ad una ferrovia internazionale per motivi militari legati alla difesa del Paese, la progettazione esecutiva della linea fu affidata nel 1909 all’impresa svizzera dell’ing. Giacomo Sutter.
L’esame del progetto da parte svizzera ebbe esito favorevole, nonostante gli elevati costi costruttivi dovuti al tracciato di montagna, e, a seguito dell’approvazione di una sovvenzione erariale per la costruzione della Centovallina da parte del Gran Consiglio ticinese, nel 1910 fu fondata la FRT – Società per le Ferrovie Regionali Ticinesi – in capo alla quale fu trasferita la concessione ferroviaria della tratta svizzera. Da parte italiana il governo rilasciò nel 1911 all’ing. Giacomo Sutter la concessione per la costruzione della linea ferroviaria da Domodossola al confine svizzero via Santa Maria Maggiore, approvando anche un sussidio chilometrico di costruzione. L’anno successivo, il 12 febbraio 1912, si costituì a Milano la Società Subalpina di Imprese Ferroviarie – SSIF – presieduta dall’ing. Sutter, cui fu trasferita la concessione per la costruzione e l’esercizio della tratta italiana. La SSIF, giuridicamente una società italiana anonima per azioni, era fortemente partecipata dal capitale della banca finanziatrice Franco-Americana. I lavori di costruzione, condotti dall’impresa Sutter, iniziarono nel 1912 sul versante italiano e nel 1913 su quello elvetico, ma l’attività si interruppe già nell’autunno del 1913, a seguito del fallimento della Banca Franco-Americana. Trovati nuovi finanziatori nel gruppo tecnico-finanziario Giros e Loucheur di Parigi, i cantieri si riaprirono nel febbraio 1914, ma con lo scoppio della prima guerra mondiale nell’agosto dello stesso anno, vennero sospesi i finanziamenti da parte francese costringendo all’interruzione dei lavori sulla tratta svizzera.
La Subalpina, per non interrompere l’opera, ricorse all’aiuto finanziario della Cassa di Risparmio delle Province Lombarde, garantendo la continuità dei lavori di costruzione; tuttavia l’entrata in guerra anche dell’Italia nel maggio 1915, causando la riduzione della mano d’opera chiamata alle armi e la requisizione del materiale d’armamento necessario al fronte, portò alla sospensione dei lavori nella primavera 1916. Terminato il conflitto, nel 1919 venne siglata la Convenzione italo-svizzera per l’esercizio della linea, che fu concesso alla Subalpina per la tratta italiana e alle FRT (poi FART) per il tronco elvetico, prevedendo altresì che il materiale rotabile e il personale di una società concessionaria potessero circolare liberamente sul tronco dell’altra, come facenti parte di un’unica rete ferroviaria. I lavori ripresero nel 1921 e stavolta terminarono senza altre interruzioni dopo due anni: l’inaugurazione ufficiale della linea avvenne il 25 novembre 1923.