尾張・美濃から飛騨地方を越えて越中富山に至る飛越鉄道は、二つの私鉄の合同によって結果的に成し遂げられつつあったのに対し、越前と美濃の山岳地帯を越えて両者を結ぶ鉄道計画は同時期から計画されつつも長年陽の目を見ることができなかった。しかし、大正五年の「鉄道敷設法」に記載された中央線と北陸線の連絡鉄道(第二条)が記載されたことで岐阜と福井、金沢を結ぶ鉄道敷設の動きに大きく影響を与えた。大正八年に衆議院で採択された「濃越鉄道速成ニ間スル建議書」には「既設中央線多治見若シクハ中部鉄道線太田町ヨリ分岐シ北美濃ノ中心市街地タル八幡町及越前国大野町ヲ経テ北陸線福井ニ達スル本邦横断線ハ経済上及国防上極メテ重要ナル線路ニシテ北美濃一帯ヨリ飛騨越前ニ亘ル林産物及鉱産物ハ殆ド無尽蔵ト称セラレ加フルニ美濃紙繭蚕糸茶及鮎等ノ特殊物産モアリ殊ニ該地方ニ於テハ多年ノ歴史ヲ有スル有名ナル面谷鉱山畑佐鉱山等ヲ始トシテ最近中央製鋼会社ノ企業ニ係ル水沢上鉱山等ノ在ルアリ之ニ対シテ未ダニ交通機関ノ備ハサルハ国家経済上一日モ忍ウ能ハサル所ナリ」として、速やかな建設を求めていた。
この「建議書」は衆議院で採択され、建設が決定。中部鉄道線太田町駅に接続する美濃太田から美濃町までの区間が1923年に、美濃町から板取口までが1926年に開業。当初は既設の国鉄線と接続しない離れ小島路線でかつ、中部鉄道の買収も検討されたが、結果的に流れている。（買収するには高額すぎるほか、政界とのつながりが深かったからと言われる）多治見から広見(→可児)までの区間は既に敷設されていた東濃鉄道を買収、結果的に多治見から美濃太田までは別線の「太多線」として越美線に遅れる事5年、1928年に開業している。その後1934年までに北濃までが開業し、現在の形態となった。
1966年からは急行列車の運行が開始、越美線未成区間も公団建設線に指定されるなど、明るいニュースが続いたが、利用者は年々大幅に減少、1982年には急行列車が廃止、1984年には第二次特定地方交通線に選定され廃止が承認、名鉄が関以北の路線の継承を狙ったこともあったが、最終的に1986年に長良川鉄道に継承された。同時に急行列車も復活を果たしたが、飛越鉄道と比べて大回りの上に運賃が高くつくこともあって、線内快速に格下げされた。東海北陸自動車道の開業では大打撃を受け、利用者は減少の一途を辿り、存廃議論も巻き起こったが、観光列車ながらの導入でひとまず落ち着きを見せている。
