Etter at Bergensbana vart opna i 1909, vart det behov for ei bane frå Myrdal og ned til fjorden for å få samband med Sogn. Etter mykje politisk strid kom arbeidet i gang i 1923.
Høgdeskilnaden frå Myrdal og ned til Flåm stasjon på Fretheim er 867 meter. Flåmsdalen er berre 13 km lang, så det var ei stor utfordring for ingeniørane. I det ville og skredfarlege terrenget vart løysinga å leggja fjerdeparten av bana i tunnelar, og for å unngå for sterk stiging vart ein av tunnelane i den brattaste delen lagd i sløyfer på fleire nivå. Likevel er Flåmsbana ei av dei brattaste jernbanene i verda med ei stiging på 1 meter per 18 meters køyrelengd.
Ved krigsutbrotet i april 1940 var bana enno ikkje ferdig, og det vart tyskarane som fullførde henne. I februar 1941 kom vanleg persontrafikk i gang, dei fyrste åra med damplokomotiv, men frå hausten 1944 med elektrisk kraft.
I 1998 overtok eit privat selskap, Flåm Utvikling, drifta av Flåmsbana, som i dag er i dag ein av dei største turistattraksjonane i landet. I 2011 reiste meir enn 600 000 passasjerar med bana.