Le premier chantier est ouvert au début de l'année 1865. L'ensemble de la plateforme et des ouvrages d'art sont réalisés pour une voie unique bien que les terrains aient été acquis pour une double voie. Il n'y a qu'une seule gare intermédiaire, située à Vers-en-Montagne[1].
La loi du (dite plan Freycinet) portant classement de 181 lignes de chemin de fer dans le réseau des chemins de fer d’intérêt général retient en no 119, une ligne de « Champagnole à ou près Ambérieu, par la Cluse, avec embranchement sur Morez et embranchement de Verges à Jeurre »[6].
Le [7], une loi a déclaré d'utilité publique à titre d'intérêt général la section de Champagnole à ou près Tancua avec embranchement sur Morez. À cette même date, une autre loi déclare d'utilité publique la section de Saint-Claude à La Cluse[8]. Les sections de Champagnole à Morez et de La Cluse à Saint-Claude sont concédées à titre définitif à la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée par une convention signée entre le Ministre des travaux publics et la compagnie le . Cette convention est approuvée par une loi le suivant[9].
La section de Morez à Saint-Claude, ainsi qu'une ligne de Verges à Molinges sont concédées à titre éventuel à la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée par une loi le [10]. Toutefois, par une convention signée entre le ministre des Travaux publics et la compagnie le , cette dernière renonce à la concession de la ligne de Verges à Molinges au profit d'une ligne de Lons-le-Saunier à Saint-Jean-de-Losne. Cette convention est approuvée par une loi le [11].
La section de Champagnole à Saint-Laurent a été ouverte le [12], celle de Saint-Laurent à Morbier le et celle de Morbier à Morez le [13].
La section de Morez à Saint-Claude est finalement déclarée d'utilité publique par une loi le , ce qui rend la concession définitive[14].
Dates d'ouverture des autres sections :
de Morez à Saint-Claude :
de Saint-Claude à Oyonnax :
d'Oyonnax à La Cluse :
D'Andelot à Saint-Claude - La ligne des hirondelles
Le nom poétique de cette section de ligne est inspiré de la grâce et de la beauté de ses viaducs. En effet, le relief tourmenté du Haut-Jura a imposé la construction de nombreux ouvrages d'art : 36 tunnels et 18 viaducs[15]. De fait, la réalisation de la ligne a pris plusieurs décennies, entre 1862 et 1912, et a coûté près d'un million de francs-or par kilomètre.
Son parcours se caractérise par les éléments suivants :
la ligne est longue de 123 km ;
son point culminant se situe à 948 m, au niveau de l'ancienne halte de La Savine, peu avant le tunnel du même nom. Établi sous le col de la Savine, il est long de 2 080 m, pour un dénivelé de 46 m ;
le tunnel des Frasses, long de 1 044 m, est en forme de fer à cheval presque fermé, dont la sortie se trouve pratiquement en dessous de l'entrée.
La ligne desservait de nombreuses industries : scieries du Grandvaux, aciéries et cimenteries à Champagnole, forges à Syam, horlogeries et lunetteries dans le secteur de Morez. Pendant son premier siècle d'existence, elle a donc joué un rôle économique majeur[2].
Aujourd'hui, sa vocation est essentiellement touristique. Elle assure également le transport de scolaires (notamment des internes du lycée de Champagnole). Elle fait l'objet d'un service TERFranche-Comté qui a reçu le label « train touristique » de la SNCF. La marque « ligne des hirondelles » est une marque déposée de la SNCF. Du mois de juin au mois de septembre, une visite commentée de la ligne est possible. La partie située au sud de Syam traverse le parc naturel régional du Haut-Jura.
L'exploitation est actuellement assurée par des autorailsX 73500 ou des X 76500 connus sous le nom d'AGC. Ces derniers ont remplacé en et en les anciens X 2800[2].
La gare de Morez étant en cul-de-sac, un rebroussement est nécessaire. Le conducteur doit changer de cabine après cet arrêt, pour repartir dans l'autre sens vers Saint Claude (voir plan du tracé de la ligne)[15].
Durant le Contrat de plan 2015 - 2020 de la région Bourgogne Franche-Comté, six millions d'euros sont prévus pour des travaux de pérennisation. Entre 2020 et 2022, 1,7 million d'euros supplémentaires seront alloués [2]. Mais, après 2022, il faudra encore 40 millions pour assurer le devenir de ce tronçon, dont la partie Morbier - Morez - Saint-Claude est vraiment pittoresque.
Durant l'année 2020, SNCF-Réseau avait prévu d'y investir 5,3 millions d' euros.
Le tracé de la ligne et les ouvrages d'art entre Morbier et Morez
La ligne a été fermée le .
Lors de la fermeture temporaire, durant les travaux de rénovation de la ligne de Bourg-en-Bresse à Bellegarde, de la section au sud d'Oyonnax le 29 août2005, le point d'arrêt de Molinges a été rouvert. Auparavant, tous les arrêts situés entre Saint-Claude et Oyonnax avaient été fermés à la desserte. Mais la desserte avait été maintenue avec un aller-retour quotidien par autocar.
Il ne restait alors aucune possibilité de croisement sur cette section, les voies d'évitement des gares ayant été déposées. L'exploitation s'effectue donc en navette (canton unique).
En l'absence de travaux de modernisation, RFF a envisagé à l'horizon 2015-2016 la fermeture du tronçon entre Oyonnax et Saint-Claude[16]. Le Contrat de plan État-Région 2015-2020 Rhône-Alpes prévoyait le financement des travaux nécessaires sur plusieurs petites lignes dont celle entre Saint-Claude et Oyonnax, en cohérence avec les actions menées sur la région contigüe de Franche-Comté[17]. Mais le tronçon ferma finalement le , faute de financement pour les travaux de rénovation à engager[18]. En outre l'utilisation était très insuffisante.[réf. nécessaire]
D'Oyonnax à Brion (La Cluse)
Cette section a été fermée à tout trafic (neutralisée) entre le et le durant les travaux de rénovation de la ligne Bourg - Bellegarde. À cette occasion, la section a été équipée d'un canton de block automatique à permissivité restreinte (BAPR). Des TER en provenance de Bourg-en-Bresse circulent à nouveau sur la ligne depuis le . Cette ligne est désormais grandement menacée car Oyonnax est en cul de sac depuis la fermeture de Saint Claude - Oyonnax.
↑« N° 8168 - Loi qui classe 181 lignes de chemin de fer dans le réseau des chemins de fer d'intérêt général : 17 juillet 1879 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 19, no 456, , p. 6 - 12 (lire en ligne).
↑« N° 9648 - Loi qui déclare d'utilité publique l'établissement d'un chemin de fer de Saint-Claude à La Cluse : 19 juillet 1880 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 21, no 551, , p. 272 - 273 (lire en ligne).
↑« N° 14213 - Loi qui approuve les conventions passées, les 26 mai et 9 juin 1883, entre le ministre des Travaux publics, et la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée : 20 novembre 1883 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 28, no 834, , p. 325 - 333 (lire en ligne).
↑« N° 17490 — Loi qui concède diverses lignes de Chemins de fer à la Compagnie des Chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée : 2 août 1886 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 33, no 1036, , p. 633 - 634 (lire en ligne).
↑« N° 26273 - Loi qui déclare d'utilité publique, à titre d'intérêt général, le chemin de fer de Lons-le-Saunier à Saint-Jean-de-Losne et approuve une convention passée entre l'État et la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée : 3 février 1893 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 46, no 1541, , p. 597 - 598 (lire en ligne).
↑« N° 39017 — Loi qui déclare d'utilité publique, à titre d'intérêt général, l'établissement du chemin de fer de Morez à Saint-Claude : 11 janvier 1901 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 62, no 2216, , p. 7 - 8 (lire en ligne).
Jean Cuynet, Histoire du rail en Franche-Comté, La Régordane éditions, , 208 p. (ISBN978-2-906984-02-8),
François Palau et Maguy Palau, Le rail en France : Le Second Empire, t. 3 (1864-1870), Paris, Palau, , 239 p. (ISBN2-9509421-3-X), « 10.12 Andelot-Champagole : 15 juillet 1867 », p. 116,
Laurent Poupard, La lignes des Hirondelles : Un chemin de fer entre ciel et terre d'Andelot à La Cluse, Lyon, Éditions Lieux Dits, coll. « Parcours du patrimoine », , 72 p. (ISBN978-2-914528-56-6),
François Buffard, Chemin de fer de Morez à Saint-Claude : Un siècle après l’ouverture de la ligne, Morez, Buffard, , 40 p. (ISBN978-2-7466-3748-1),
Reinhard Douté, Les 400 profils de lignes voyageurs du réseau français : lignes 601 à 990, vol. 2, La Vie du Rail, , 239 p. (ISBN978-2-918758-44-0), « [878/1] et [878/2] », p. 162-163.