Allora era già in esercizio una breve tratta nel ponente genovese, tra la stazione di Sampierdarena e Voltri, aperta l'8 aprile 1856, che si diramava dalla Torino-Genova e il velocizzarsi del processo di creazione del Regno d'Italia diede un ulteriore impulso al completamento dell'opera con la Legge emanata il 27 ottobre 1860 con cui si decideva la realizzazione di quella che fu chiamata ferrovia ligure, ferrovia che, correndo lungo tutta la costa, unisse Ventimiglia con Massa e quindi con le linee ferroviarie già esistenti. La costruzione e l'esercizio furono affidati alle Strade Ferrate Livornesi, da poco create.
Dopo pochi anni, nel 1865, le Livornesi furono assorbite dalle Strade Ferrate Romane (SFR), che proseguirono la costruzione e attivarono il tratto da Voltri a Savona il 25 maggio 1868.
Tuttavia la SFR, che si trovava in difficoltà economiche, cedette la linea dal 23 novembre 1868 alla SFAI, che già gestiva il resto della rete del nord Italia.
Pochi anni dopo, il 25 gennaio 1872, la linea fu completata raggiungendo Ventimiglia.
Tratta Inaugurazione Note
Brignole-Sampierdarena 18 dicembre 1853 [1][A 1]
Sampierdarena-Voltri 17 gennaio 1856 [1]
Voltri-Savona 25 maggio 1868
Savona-Ventimiglia 25 gennaio 1872
Il collegamento internazionale (di soli 7 km), con la realizzazione della stazione di confine di Ventimiglia, venne attivato due mesi più tardi (18 marzo 1872).
Nella realizzazione dell'opera i progettisti non prestarono molta attenzione alle esigenze dei territori che venivano attraversati anche perché la linea fu considerata di primaria importanza ai fini degli interessi militari e difensivi, prima dello stato sardo e poi di quelli del neonato regno italiano. La scelta costruttiva - tenuto conto che allora la maggior parte dei trasporti, sia di viaggiatori che di merci, avveniva prevalentemente via mare - si orientò su un tracciato che correva praticamente al livello del mare, seguendo fedelmente la linea costiera e affiancando, dove possibile, la Via Aurelia, unendo così oltre quaranta piccoli centri, fino ad allora difficilmente raggiungibili via terra quando non raggiungibili esclusivamente via mare.