Questa breve tratta "tangenziale" è stata aperta il 31/12/1887 come completamento della Novara-Saronno, inaugurata pochi mesi prima dalla Società Anonima per la Ferrovia Novara-Saronno. Alla fine del 1890, l'intera linea è stata acquisita dalle FNM, ma l'origine differente spiega il tracciato non interconnesso con la Milano-Seveso, pure delle FNM.
La linea è stata elettrificata nel 1955-56... giusto in tempo per sopprimere il servizio viaggiatori il 31 agosto 1958. Il servizio merci è però rimasto sempre attivo, nonostante dal 1977 sia stata abbandonata l'elettrificazione e negli anni Ottanta ci siano state varie chiusure parziali per il rifacimento dell'armamento. Alla fine del decennio venne anche rimossa la catenaria, arrivando all'attuale caratteristica presenza dei vecchi pali senza filo.
Sulla linea si svolge l'ultimo servizio merci regolare della rete Ferrovienord, grazie ai due raccordi ancora attivi a Groane: BASF (già ACNA) e Zanussi.
Infine nell'inverno 2008 stanno per partire i lavori di ricostruzione, elettrificazione, raddoppio parziale e variante (lato Saronno), in previsione della riapertura al traffico viaggiatori.