El Ferrocarril de Bilbao a Lezama, inaugurado en 1895, tuvo como objetivo unir la capital con el vecino valle de Asua, un área que ya por entonces era contemplada como futura expansión de la villa.

Durante el último cuarto del s. XIX las ciudades pequeñas y medianas se sumaron al proceso de restructuración urbana que ya había tenido lugar en las grandes capitales europeas. Y entre ellas Bilbao, una de las ciudades que experimentó transformaciones más radicales. Su influencia se extendió a los municipios cercanos, en los que de una forma desorganizada se mezclaban las actividades propias del caserío rural, con las industriales y las residenciales. La disponibilidad de transporte público constituyó un factor clave para que la mencionada influencia fuera posible.

El proyecto inicial veía la luz en 1886, pero hubo que esperar hasta el 30 de abril de 1890 para que la concesión fuera otorgada en favor de Juan de Urrutia y Burriel. Un año más tarde era constituida la Compañía del Ferrocarril de Bilbao a Lezama con un capital social de 500.000 pesetas. El accionariado estaba repartido entre comerciantes, pequeños y medianos propietarios y rentistas de la villa. Dos circunstancias alteraron esa distribución del capital inicial: el concurso abierto por el Ayuntamiento de Bilbao para construir un nuevo cementerio, que reemplazara al ubicado en las Calzadas de Mallona; y determinadas modificaciones impuestas por el Ministerio de Fomento al trazado original.

Para hacer frente a esos retos, la Compañía compró terrenos en el municipio de Derio, que más tarde cedía gratuitamente al Ayuntamiento de Bilbao para levantar el Cementerio de Vista Alegre. Por otro, introdujo los mencionados cambios en el trazado. Ambos aspectos requirieron nuevos recursos financieros. Las posibilidades industriales y residenciales del valle de Asua animaron a un nutrido grupo de inversores a suscribir un préstamo de 500.000 pesetas. Una operación especulativa liderada por Francisco Martínez de las Rodas, Víctor y Benigno Chávarri, Federico Solaegui, Casilda Iturriza, Emiliano Olano, Pedro y Antonio Gandiaga, entre otros. Los prestamistas obtendrían un interés del 3% en un plazo de 10 meses a partir de la apertura de la línea. Además, si el principal no fuera cancelado, tendrían derecho a hacerse con las riendas de la compañía. Eso fue, precisamente, lo que ocurrió. El 28 de marzo de 1893 se constituía la nueva sociedad con un capital de un millón de pesetas repartido a partes iguales entre acciones y obligaciones. Los antiguos tenedores de títulos fueron compensados con cédulas al portador, pero limitando su rentabilidad al 50% del remanente resultante de los beneficios líquidos de la explotación. El control de la línea cambiaba de manos, a las de la elite política y económica que ya dirigían los destinos de la Compañía de los Ferrocarriles de Santander a Bilbao.

Las obras de construcción habían comenzado un año antes, con el diseño y dirección del ingeniero José Luis Torres Vildósola. El presupuesto inicial fue de 1.125.000 pesetas para un recorrido de 15 Km. Quizá pueda parecer elevado, pero la complicada orografía de las laderas de Artxanda y Santo Domingo propició que la construcción de esta vía estrecha resultara un reto técnico notable.

La línea partía de la plaza del Instituto (hoy Unamuno) en el Casco Viejo, mediante un túnel curvo de 194 m. de longitud y rampas de 0,038 mm/m lineal antes de llegar a Begoña, después de recorrer 1.450 m. En ese punto se levantó un apeadero para dar servicio a los feligreses que acudían a la Basílica de Begoña. El trazado continuaba otros 3.500 m. y rampas de 0,02 hasta la divisoria de aguas, que cruzaba mediante otro túnel 446 m. de longitud. El descenso, de algo más de 3,5 Km., también resultaba difícil con pendientes de 0,027 mm/m que necesitaron de importantes obras de fábrica para sortear los estrechos y profundos barrancos. A partir de Derio, donde se construyó la estación próxima al cementerio y al cruce de carreteras de Bilbao a Bermeo y de Asua a Erletxes, el trazado era casi horizontal hasta Lezama, donde se habilitaron almacenes, depósitos de máquinas y demás dependencias propias de una estación de cabecera.

Aunque la línea fue inaugurada parcialmente entre Begoña y Lezama el 2 de mayo de 1894, hubo que esperar al día 30 del mismo mes del año siguiente para poder hacer el recorrido en su totalidad. Poco tiempo después, el 7 julio de 1895, tuvo lugar un trágico accidente al añadir, a un convoy de viajeros, tres vagones cargados con calizas que la locomotora no pudo frenar en el trazado descendente hacia Bilbao. El saldo de víctimas fue de una treintena de fallecidos. El accidente y la complicada explotación, tal y como había sido construida, provocaron cambios radicales en la línea.

Entre 1902 y 1908 la Compañía introdujo modificaciones de gran calado en el trazado. Mientras que el primitivo servía a un área netamente rural, de donde se nutría la villa de productos hortícolas, leche, carnes, etc., el nuevo, sin abandonar completamente el anterior, transcurría en parte por diversos barrios bilbaínos. El inicio de la línea continuaba siendo el mismo, pero inmediatamente se desviaba hacia Uribarri y Ciudad Jardín, donde establecía una nueva estación, para horadar a continuación el monte Artxanda con un túnel de 1.350 m. antes de acceder al valle de asua y al municipio de Sondika, donde se construyó otra estación en La Ola. El trazado continuaba hasta la estación de Vista Alegre, frente al cementerio de Bilbao, en Derio, para terminar en Lezama. El nuevo trazado, además de conectar con el Ferrocarril de Lutxana a Mungia, permitía hacer la totalidad del trayecto en apenas 40 minutos. Mientras tanto, el viejo trazado que discurría hacia Begoña fue objeto de modificaciones en su explanación y en la tracción, que pasó de vapor a eléctrica.

Los cambios mencionados permitieron que la línea experimentara un crecimiento notable en el número de viajeros. También se incrementaron de manera constante los traslados fúnebres, para los cuales se construyó una pequeña capilla en la misma estación de las Calzadas de Mallona. Estos traslados y las visitas al campo santo en los días señalados, constituyó uno de los grandes activos de la línea. No obstante, los incrementos registrados en la explotación a partir de los cambios mencionados, no fueron suficientes desde el punto de vista comercial. Los accionistas de la Compañía nunca cobraron dividendo alguno por sus acciones, ni pudieron hacer frente al pago de los cupones de las distintas series de obligaciones hipotecarias emitidas.

En 1923 la línea era absorbida por la Compañía de los Ferrocarriles de Santander a Bilbao, una operación de trámite ya que ambas compartían buena parte de los miembros de sus respectivos consejos de administración. El reordenamiento ferroviario producido tras la Guerra Civil también afecto a la línea de Bilbao a Lezama, que pasó a ser administrada, desde el 1 de julio de 1947, por la sociedad Ferrocarriles y Transportes Suburbanos de Bilbao. En la actualidad forma parte de la red de Euskotren.