Pembangunan jalur ini dibagi menjadi dua periode, yaitu periode pembangunan jalur KA Kedungjati–Ambarawa (Willem I) dan Secang–Ambarawa. Periode pertama adalah pembangunan jalur Kedungjati–Ambarawa yang ternyata sepaket dengan jalur kereta api Samarang–Gundih–Solo Balapan–Lempuyangan. Pada awal tahun 1869, selain memperpanjang jalurnya menuju Gundih, Nederlandsch-Indische Spoorweg Maatschappij (NIS) juga membangun jalur baru menuju Bringin dan selanjutnya diperpanjang menuju Ambarawa. Pada tanggal 21 Mei 1873, jalur Samarang–Vorstenlanden dan Kedungjati–Ambarawa telah selesai dibangun.[1][2][3]
Periode kedua adalah pembangunan jalur kereta api Secang–Ambarawa. Jalur ini sebenarnya dapat disebut sebagai jalur kereta api pegunungan, menggunakan rel gigi, menghubungkan kawasan strategis militer Hindia Belanda di Kota Magelang dengan Benteng Willem I di Ambarawa. Hal ini bertujuan untuk mempermudah mobilitas tentara KNIL di kawasan tersebut. Pada tanggal 1 Februari 1905, jalur segmen ini telah selesai dibangun.[4]
Penutupan dan reaktivasi
Jalur ini tidak pernah dilewati lokomotif diesel mengingat di Jawa tidak ada satu pun lokomotif diesel yang dipasangi roda gigi. Karena kalah bersaing dengan mobil pribadi dan angkutan umum lain, maka jalur kereta api ini resmi ditutup untuk layanan umum pada tahun 1976.
Stasiun Willem I Ambarawa kemudian dialihfungsikan sebagai museum pada tanggal 6 Oktober 1976, tetapi dilayani kereta api lagi sejak tanggal 21 April 1978. Museum ini mulanya hanya mengoleksi armada kereta-kereta uap kuno yang sudah dinyatakan tidak layak operasi tetapi komponen-komponennya masih lengkap.[5]
Untuk segmen Kedungjati–Tuntang saat ini telah menjalani progres reaktivasi, tetapi saat ini proyeknya tersendat lantaran masalah perizinan dari Ditjen Perkeretaapian, Kemenhub. Dalam reaktivasi ini, direncanakan jumlah perlintasan kereta apinya akan dikurangi dan saat ini belum ada progres. Untuk mendukung reaktivasi, bangunan Stasiun Bringin, Gogodalem, dan Tempuran harus dirombak.[6][7][8]
^Schetskaart van de spoorweg Samarang-Vorstenlanden door de Raad van Beheer der Nederlandsch-Indische Spoorweg-Maatschappij aan de Heeren leden van de Staten-Generaal aangeboden. 1869.
^Banck, J.E. (1869). Geschiedenis van het Nederlandsch-Indische Spoorweg Maatschappij. M.J. Fisser.
^Perquin, B.L.M.C. (1921). Nederlandsch Indische staatsspooren tramwegen. Bureau Industria.
^Keling, Gendro (2011-08-02). "Latar Belakang Alih Fungsi Stasiun Kereta Api Willem I menjadi Museum Kereta Api Ambarawa". Forum Arkeologi. 24 (2): 95–102.
^Subdirektorat Jalan Rel dan Jembatan (2004). Buku Jarak Antarstasiun dan Perhentian. Bandung: PT Kereta Api (Persero).Parameter |link= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Perusahaan Umum Kereta Api (1992). Ikhtisar Lintas Jawa.