La storia della ferrovia risale al 1908, quando furono presentati i primi progetti per la sua trasformazione in ferrovia elettrica a scartamento normale. Dopo alcune difficoltà e cambi di gestione, i lavori iniziarono nel 1928, ma furono interrotti nel 1934 a causa di problemi finanziari. Nel 1959, la Ferrotramviaria Società Anonima Italiana assunse la concessione e continuò l'esercizio a vapore fino al 1964, quando la linea fu elettrificata e adattata allo scartamento ordinario.
La ferrovia è elettrificata e a scartamento normale, con tratti a doppio binario e tratti a binario unico. Il materiale rotabile comprende elettromotrici, locomotive e carrozze per medie distanze. La linea è utilizzata sia per il trasporto passeggeri che per il trasporto merci, anche se quest'ultimo è diminuito negli anni.
Nel corso degli anni sono stati realizzati diversi progetti di miglioramento e ampliamento della linea, tra cui il raddoppio del binario fino a Ruvo di Puglia e l'interramento dei binari nella città di Andria. Alcune delle stazioni importanti lungo il percorso includono Bitonto, Terlizzi, Ruvo di Puglia, Corato e Barletta.
Attualmente, la Ferrovia Bari-Barletta è una delle principali vie di comunicazione nella regione pugliese, servendo una vasta area e offrendo collegamenti importanti tra le varie località.