Alla fine del XIX secolo numerose richieste vennero inoltrate al governo federale per la costruzione di una ferrovia nel canton Nidvaldo, ma solo il 10 ottobre 1890 l'Assemblea federale accordò la concessione per una tratta che andasse dalla località lacustre di Stansstad (da dove si poteva prendere il battello per Lucerna) ad Engelberg[1]. Il 27 gennaio 1897 si costituì la società Elektrische Bahn Stansstad-Engelberg (StEB), con sede a Lucerna, per la costruzione e l'esercizio della ferrovia[2].
La linea, a trazione elettrica trifase a 850 volt, venne inaugurata il 5 ottobre 1898 dopo un anno e mezzo di lavori, e comprendeva una tratta di 1,5 km a cremagliera, del tipo Riggenbach, tra Obermatt e Gharst[1]. Sino al 1903 la StEB era autorizzata a sospendere l'esercizio della tratta Grafenort-Engelberg nel periodo invernale[1].
Fino alla Seconda guerra mondiale la ferrovia trasportava in media 300.000 passeggeri all'anno, superando quota 400.000 nel 1941 e raggiungendo il picco nel 1945 con 488.500 viaggiatori, per poi scendere a causa dell'incremento della motorizzazione individuale e della mancanza di collegamento con la ferrovia del Brünig[1]. I primi progetti di raccordo con la ferrovia Lucerna-Interlaken risalgono agli anni Quaranta, ma non vennero realizzati per motivi tecnici e finanziari; un nuovo progetto stilato dalla StEB nel 1950 ebbe maggior fortuna e nel 1956 venne ottenuta la concessione da parte delle autorità federali per una linea tra Hergiswil e Stansstad[1]. Contemporaneamente la situazione finanziaria della StEB peggiorò notevolmente, tanto che nel 1957 il Tribunale federale svizzero decretò la liquidazione della StEB; il provvedimento venne annullato l'anno successivo grazie alla ricapitalizzazione della società da parte delle banche cantonali obvaldese e nidvaldese[1].
Il progetto definitivo di risanamento della linea e della costruzione della tratta Hergiswil-Stansstad venne finanziato nel 1959 dalla Confederazione insieme ai due cantoni interessati[1]. I lavori comprendevano la rielettrificazione della linea in corrente alternata monofase a 15.000 volt (con l'acquisto di nuovo materiale rotabile), il rifacimento della cremagliera, la costruzione di una nuova stazione a Stansstad e della bretella ferroviaria mancante per allacciare la linea a quella del Brünig (con la perforazione di una galleria sotto il Lopperberg e la costruzione di un ponte sull'Acheregg, in comune con l'autostrada del Gottardo)[1]. L'inaugurazione della rinnovata linea avvenne il 19 dicembre 1964 con conseguente dimezzamento dei tempi occorrenti da Lucerna ad Engelberg e un fortissimo aumento del traffico viaggiatori: dai 428.128 del 1963 ad 1.320.269 nel 1965 (primo anno completo d'esercizio della nuova linea)[1][3]. A simboleggiare il rinnovamento il 21 ottobre 1964 la StEB (che dal 1959 aveva spostato la sede sociale a Stansstad[4]) cambiò ragione sociale in Luzern-Stans-Engelberg-Bahn (LSE)[5].
Il 1º gennaio 2005 la LSE acquisì dalle FFS la ferrovia del Brünig; il 21 dicembre 2004 la LSE aveva cambiato ragione sociale in Zentralbahn (acronimo ZB, in italiano "ferrovia centrale")[6].
L'11 dicembre 2010 è entrata in servizio (dopo dieci anni di lavori) la galleria di Engelberg, lunga 4043 metri, che riduce la pendenza della tratta a cremagliera al 105 per mille (dal 246 della tratta originaria) accorciando di 14 minuti la durata del tragitto tra Lucerna ed Engelberg[7].
Immagine della stazione di Obermatt che mostra l'altissima pendenza della tratta soppressa nel 2010
La ferrovia utilizza una tratta comune alla Ferrovia del Brünig di 8,58km da Lucerna ad Hergiswil dopo di che prosegue in sede propria per ulteriori 24,76km fino ad Engelberg. La linea ha due gallerie: una tra Hergiswil e Stansstad e l'altra tra Grafenort ed Engelberg, e una tratta a cremagliera del tipo Riggenbach, tra Grafenort ed Engelberg, con una pendenza del 105 per mille (fino al 2010 la cremagliera era situata tra Obermatt e Gharst, e la pendenza era del 246 per mille). La linea è elettrificata sin dalla sua costruzione: prima in trifase a 850 volt e dopo, in seguito all'ammodernamento, a corrente alternata monofase a 15 kV, 16,7Hz. È interamente a binario unico[8]
La linea parte dalla stazione di Hergiswil, comune alla ferrovia del Brünig; di lì con una galleria sottopassa il massiccio del Lopper e con un ponte scavalca il punto d'unione tra il lago di Alpnach e il lago dei Quattro Cantoni prima di arrivare a Stansstad. Da Stansstad si segue la valle dell'Aa di Engelberg fino al capolinea di Engelberg.
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