I primi progetti della linea Novara – Varallo risalgono agli anni 50 dell’‘800 per merito degli ingegneri Giuseppe Antonini e Giulio Axerio. I vari studi trovarono concreta realizzazione grazie al finanziamento della Legge Baccarini n. 5002 del 1879. L’apertura della linea avvenne per tratte a partire dal 1883 e vide il proprio compimento l’11 aprile 1886 accolta da memorabili festeggiamenti per l’inaugurazione dell’opera.
Il sogno dei fautori significò il reale sviluppo sociale, economico e culturale di tutti i territori attraversati dalla ferrovia dall’alto novarese fino alla Valsesia.
L’importanza di quest’opera fu tale che dalla stazione di Grignasco venne a diramarsi la linea per servire la Valsessera nel 1908 e vide la luce il progetto del prolungamento della tratta da Varallo fino ad Alagna. Fatti salienti della storia della linea riportano alla memoria l’arrivo dei convogli per il trasporto del celebre marmo di Carrara nel 1895 per la costruzione della facciata della Basilica del Sacro Monte.

Triste il ricordo dell’incidente di Roccapietra l’8 giugno del 1908 e dell’ospedale militare allestito presso il magazzino merci di Varallo durante la Prima Guerra Mondiale. Anche la nostra linea non superò indenne il periodo della Guerra di Resistenza subendo diverse gravi interruzioni. Nel secondo Dopoguerra la linea visse un periodo di relativa tranquillità che la condusse ad un radicale ammodernamento delle proprie storiche infrastrutture, caratterizzate da notevoli opere ingegneristiche, avvenuto tra 1991 ed 1992.
La gestione della linea dalla costruzione venne affidata alla Rete Mediterranea ed esercita con le vaporiere dei gruppi RM 210, RM 320 ed RM 610.
Dal 1905 con il passaggio alle Ferrovie dello Stato comparvero le locomotive a vapore dei gruppi Gr.870, Gr.875, Gr.625 e Gr.880. A partire da metà anni ’30 giunsero sulla linea le innovative littorine ALb48, cui seguirono i più rappresentativi gruppi di automotrici diesel del parco FS: ALn556, ALn772, ALn773, ALn990, ALn668, in particolare la serie 2400 di costruzione Breda presenza costante per oltre 30 anni, e da ultime le ALn663. Da ricordare anche l’utilizzo di treni con materiale ordinario trainati da locomotive diesel D.343, D.345 e D.445; degno di menzione il servizio svolto con questi mezzi nel 1984 per la visita al Sacro Monte di Papa Giovanni Paolo II.