I 1869 ble det nedsatt en komité for å se på mulighetene for å bygge jernbane til byene Ålesund, Molde og Kristiansund i Møre og Romsdal. Fem år senere ble det startet salg av aksjer for å bidra til utbyggingen. I 1908 vedtok Stortinget at det skulle bygges jernbane ned til Åndalsnes ved Romsdalsfjorden. En videre forlengelse av banen ble derimot aldri realisert.
For å unngå for bratte stigninger er banen lagt i en vendetunnel ved Verma. Her passeres også det imponerende Kylling bru som er en steinbro over elven Rauma. Vendetunnelen går i en dobbeltslynge som forlenger strekningen med 7,5 km. Det er 19 meter stigning i den 1.400 meter lange tunnelen. Byggingen av denne tunnelen utgjorde størstedelen av arbeidsinnsatsen på Raumabanen og det tok 9 år å få den ferdig. Arbeidet startet i begge ender og kostet den gangen over 1 million kroner. Da de to tunnelene møttes i midten var det bare 4 cm avvik på de to tunnelene.
Turen fra Dombås til Åndalsnes tar i underkant av 1,5 timer. Siden banen ikke er automatisert må alle stasjonene der det er togkryssing eller sidespor fortsatt betjenes manuelt. Raumabanen, som er den eneste jernbanen i Møre og Romsdal, er også rasutsatt og det må utføres kontinuerlig rassikring med varsling langs sporet. Det er 32 broer og 6 tunneler på hele strekningen. Opprinnelig var det også 12 stasjoner, men i dag er det bare 4 av disse som er igjen for togkryssing og 2 som er igjen for av- og påstigning. I perioden fra 1993 til 2007 ble det kjørt med damplokomotiv og veterantog.
Da Norge ble okkupert 9. april 1940 ble restene av Norges gullbeholdning, bestående av 3.000 barrer på til sammen 49 tonn, fraktet ut av Norge før de tyske soldatene nådde frem til Oslo. Gullet ble transportert til Lillehammer i lastebiler, og videre derfra med godstog til Dombås før det ble lastet over på toget til Åndalsnes. Fra Åndalsnes ble deler av gullet fraktet videre med lasteskip direkte til England, mens resten av gullbeholdningen ble sendt via Tromsø til Canada og USA - der mesteparten av Norges gullbeholdning allerede var plassert før krigsutbruddet. Det gullet som ble fraktet ut i 1940 hadde en bokført verdi på 120 millioner før krigsutbruddet, men i forbindelse med uttransportering ble verdien hevet til det dobbelte. Regjeringens reisekasse på 1 million i norske sedler var også med på lasset.
På Bjorli stasjon ble det mellom 1925 og 1927 bygget en ambisiøs restaurant med plass til 700 gjester. Restauranten var i hovedsak beregnet på turister fra skip som anløp Åndalsnes. Menyen var satt sammen av tradisjonsrik norsk mat. Under krigen ble restauranten bombet av tyske fly og den ble aldri bygget opp igjen. I dag er Bjorli et populært vintersportssted og toget stopper fortsatt her.
I 2012 kåret "Lonely Planet" Raumabanen til Europas vakreste jernbane. Hele strekningen fra Åndalsnes til Dombås gikk rett til topps i kåringen den første gangen de deltok. Flåmsbanen i Vestland fylke kom da på en god andreplass i den samme kåringen.