Vossebanen fra Bergen til Voss ble åpnet for vanlig drift i 1883. Byggingen av banen med mange tunneler og et bratt og kupert fjellterreng ga mange utfordringer. Fra Bergensbanens åpning i 1909 ble Vossebanen tilknyttet denne og inngår fra da av i Bergensbanen. Banen fikk i 1913 ny innføring til og ny stasjon i Bergen. I 1919 ble det satt i gang en større ombygging slik at linjen kunne legges i tunnel på de mest utsatte partiene på banen, samtidig som mange av de krappeste kurvene ble eliminert. I dag er strekningen mellom Hetta og Fossmark den minst ombygde på Vossebanen.
En ny, 11,9 km lang bane fra Tunestveit til Arna nye stasjon og i tunnel gjennom Ulriken til Bergen ble åpnet i 1964. For tiden (2016) pågår bygging av dobbeltspor Bergen-Arna. Lengden fra Voss til Bergen er i dag 81 km.
Strekningen Bergen–Nesttun–Garnes–Tunestveit ble nedlagt for alminnelig trafikk i forbindelse med åpningen av banen gjennom Ulriken. Lokaltrafikken Bergen–Nesttun fortsatte frem til 31. januar 1965 for Bergen og Fana kommuners regning med NSB som utøver. Etter nedleggelsen av ordinær trafikk på gamlelinjen fra Bergen over Nesttun og Garnes til Tunestveit, ble strekningene Bergen–Midttun og Tunestveit–Garnes–Seimsmark benyttet som sidespor for vognlaster. Strekningen Minde–Midttun ble etter stortingsvedtak nedlagt for all trafikk fra 1. mars 1980, samtidig som strekningen Seimsmark–Midttun ble gjenåpnet for godstrafikk. NSB Gods innstilte sin godstrafikk på strekningen Tunestveit–Seimsmark fra mars 2001, mens sporet fra Bergen til Minde fortsatt benyttes for godstrafikk og betegnes godssporet Bergen–Minde.
Norsk Jernbaneklubb Gamle Vossebanen driver veterantog på strekningen Garnes–Midttun fra 1994.
Strekningen Trengereid–Garnes–Midttun er foreslått fredet etter Kulturminneloven i Landsverneplan for jernbanen.
