La costruzione della ferrovia fu decisa per integrare la tratta di valico della linea Torino-Genova, inaugurata nel 1853, caratterizzata da notevoli pendenze e percorsa da un intenso traffico merci (la linea dava accesso al porto di Genova da Piemonte, Lombardia ed Emilia).
La prima tratta della "succursale", da Ronco a Sampierdarena, fu inserita nelle linee finanziate nel 1879 dalla legge Baccarini[2]. La tratta sostituiva la parte più acclive della vecchia linea, risalendo la Val Polcevera con un tracciato posto lungo i fianchi della montagna, e valicando il crinale appenninico con la nuova galleria di Ronco, lunga più di 8 km.
Il 1º ottobre 1916 fu attivata la seconda tratta, da Tortona ad Arquata[3], che consentiva ai treni passeggeri da e per Milano di evitare il più lungo tragitto via Novi Ligure; i treni merci continuarono invece a transitare da questa località, dove era sito un importante scalo di smistamento (Novi San Bovo).
L'ultima tratta della "succursale", da Arquata a Ronco, fu attivata nel 1922, relegando così la vecchia linea ad un'importanza locale. Infine, il 27 maggio 1962 fu attivata una variante (cosiddetta "via Granarolo") che permette ai treni provenienti dalla "succursale" di raggiungere la stazione di Genova Piazza Principe evitando il transito per la stazione di Sampierdarena[4].
Nei primi anni 90, è stato proposto di riservare la linea storica ai soli treni diretti verso Genova, e la "succursale", meno acclive, ai treni in salita verso la pianura padana. Tale progetto non si è però concretizzato, anche per la difficoltà di mantenere il traffico locale nei due sensi sulla vecchia linea.[5]
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