A vasútvonal tervezése 1862-ben kezdődött. A vasúttársaság 1863. március 29-én kapta meg az engedélyt az előmunkálatokra, augusztusra már elkészültek a tervek, Csaba és Szeged között megkezdődtek a földmunkák. Pénz hiányában azonban többször elakadt az építkezés, csak 1869-re készült el az első szakasz. További két év kellett a többi vonalrész megépültéhez.
A vasútvonal Szegednél külön külön szintben keresztezte az Osztrák-Magyar Államvasút-TársaságPest–Szeged–Temesvár-vonalát, de nem volt közös állomásuk. A mai nagyállomás az Államvasút-Társaságé, míg a rókusi állomás az Alföld–Fiumei Vasúté volt. Emiatt szükség volt egy 3 km-es összekötő vágányra. Ma az egyenes, Szabadkára tartó irány megszűnésével ezen folyik a forgalom.
1870-ben a társaság engedélyt kapott Fiume felé folytatásként az Eszék–Károlyváros szakasz megépítésére, azonban ezt 1877-ben visszavonták, a szakaszt más társaság készítette el. Az AFV nyugati végpontja Eszék maradt, emellett 1870-ben szárnyvonalat építettek ki Villány felé, amellyel csatlakozott a Mohács-Pécsi Vasúttársaság vonalához.
A vasúttársaság nehéz gazdasági helyzetbe került, ezért 1884. december 1-jével az állam megvásárolta, a vonalai a MÁV tulajdonába kerültek.
A trianoni békeszerződés a vasútvonalat szétdarabolta, jelenleg Magyarország, Horvátország, Szerbia és Románia területén fekszik, viszont az összes határátmenet járható, a síneket sehol sem szedték fel. Az Alföld–Fiumei Vasút vonalának magyarországi szakaszai jelenleg a következő vasútvonalak részét képezik: