Il 13 giugno 1885 il consiglio dei Lavori Pubblici approvò un progetto per la costruzione di una linea ferroviaria che collegasse la città di Sulmona a quella di Isernia, già prevista nella legge Baccarini del 1879. Il progetto era stato promosso, tra gli altri, dal senatore Giuseppe Andrea Angeloni; nella stazione di Roccaraso, suo Comune di origine, una lapide ne ricorda l’impegno.
Il tracciato, lungo circa 129 km, parte dalla stazione di Sulmona dirigendosi dapprima verso Pettorano sul Gizio, per poi risalire verso Cansano e Campo di Giove. Successivamente la linea tocca le località sciistiche di Rivisondoli e Roccaraso ( dopo la stazione di Palena) e ridiscende verso Scontrone e Castel di Sangro dopo essere passata per la stazione di Sant’Ilario Sangro, fino ad arrivare a Carpinone e Isernia.
Per la costruzione della linea fu necessario costruire tre ferrovie di servizio: da Roccaraso a Castel di Sangro, da Castel di Sangro a Carovilli e da Cansano a Roccaraso (quest’ultima tratta rimase in servizio per cinque anni dopo la parziale inaugurazione della tratta Sulmona-Cansano).
Nonostante i dislivelli che affronta, salendo dai 400 m di Sulmona ai 1268 m di Rivisondoli per poi ridiscendere a quota 423 ad Isernia, la linea presenta una pendenza massima del 28 per mille e un raggio di curvatura minimo di 250 m. Questo fu possibile grazie alla realizzazione di numerose opere d’ingegneria: su 118 km di binari, infatti, 25 sono in galleria e numerosi su viadotti. La violenza delle nevicate in alcuni punti della linea molto esposti, inoltre, rese addirittura necessaria la costruzione di gallerie paravalanghe, muri protettivi e addirittura la piantagione di intere pinete. La realizzazione di una linea così complessa richiese molto tempo e l’intera tratta venne inaugurata il 18 settembre 1897, dopo cinque anni dall’inaugurazione del primo tratto Sulmona – Cansano, avvenuto il 18 settembre 1892.
La linea, gravemente danneggiata dal secondo conflitto mondiale, fu riaperta per tratte; l’ultima tratta, da Carovilli a Castel di Sangro, venne riattivata il 9 novembre 1960 alla presenza del ministro dei Trasporti Giuseppe Spataro.
A partire dall’11 ottobre 2010 venne sospeso l’esercizio sulla tratta da Castel di Sangro a Carpinone, per urgenti necessità di manutenzione del materiale rotabile.
Nel 2011 la Regione Abruzzo non si è mostrata più disposta a continuare il servizio, motivando tale scelta con gli alti costi dovuti al trasporto di pochi passeggeri con automotrici in composizione singola. A partire dall’11 dicembre 2011 sono state quindi soppresse le ultime due coppie di treni Sulmona-Castel di Sangro dei giorni feriali e l’unica coppia dei giorni festivi, mettendo fine all’uso della linea come trasporto ordinario viaggiatori. Il 10 dicembre 2011 l’ultimo treno è partito alle 16:00 da Sulmona, è arrivato a Castel di Sangro alle 17:22 e da qui è ripartito per Sulmona alle 18:42, dove è arrivato alle 20:00.
Le corse sono state sostituite da autobus che non toccano tutti i paesi prima raggiunti dalla ferrovia, guadagnando solo 20 minuti rispetto al treno tra Sulmona e Castel di Sangro, perché percorrono la SS 17 che tocca solo Sulmona, Roccaraso e Castel di Sangro.
La linea resta comunque ancora formalmente aperta per il gestore dell’infrastruttura (RFI), permettendo dunque il passaggio eventuale di treni di agenzia e servizi turistici occasionali. Il rilancio di questa tratta ed il reperimento dei fondi che permettano di finanziare anche il servizio viaggiatori, secondo i più, risiederebbe proprio nelle potenzialità di linea turistica, sul modello di numerose ferrovie alpine, senza però trascurare alcune corse ordinarie a misura dei pendolari, importanti soprattutto durante le copiose nevicate che rendono difficoltoso e pericoloso il transito sulla SS 17.