Il 23 novembre 1853 venne stipulata da parte del Gran Consiglio del canton Neuchâtel la concessione per la costruzione della linea; il 16 giugno 1855 si costituì la Compagnie neuchâteloise du Chemin de fer par le Jura-Industriel (JI), per la costruzione e l'esercizio della ferrovia, a cui il Gran Consiglio neocastellano cedette la concessione il 23 novembre 1855. Azionisti principali della JI erano, oltre al cantone, il patriziato di Neuchâtel, i comuni di Le Locle e di La Chaux-de-Fonds. Il 1º luglio 1857 fu inaugurata la prima tratta, tra La Chaux-de-Fonds e Le Locle[1], aperta all'esercizio il giorno seguente. Il 27 novembre 1859 aprì la tratta tra Les Convers e La Chaux-de-Fonds; quattro giorni dopo fu la volta della Neuchâtel-Les Hauts-Geneveys. La linea fu completata, dopo aver perforato il tunnel des Loges, il 14 luglio 1860.
In continue difficoltà finanziarie, a causa dei costi di costruzione (tanto da dover richiedere un prestito di un milione di franchi da parte del Consiglio federale), la JI venne dichiarata fallita il 3 gennaio 1861. La società rimase in amministrazione provvisoria fino al 1865, anno nel quale fu acquistata dalla Nouvelle Compagnie du chemin de fer par le Jura-Industriel. Nel 1875 la linea fu ceduta alla Compagnie des chemins de fer du Jura bernois (JB), divenuta Jura-Bern-Luzern-Bahn (JBL) nel 1884.
Con un contratto siglato il 25 maggio 1885 il canton Neuchâtel rilevò dalla JBL la ferrovia, a causa della gestione ritenuta non adatta agli interessi delle località servite[2]; l'esercizio fu affidato alla Société d'exploitation du Chemin de fer du Jura neuchâtelois (JN), fondata a Neuchâtel il 10 ottobre 1885[3], a partire dal 1º gennaio 1886. Nel frattempo, il 4 agosto 1884, era stata aperta la tratta tra Le Locle e la stazione di frontiera di Le Locle-Col-des-Roches, che permetteva il collegamento con la Francia attraverso la ferrovia proveniente da Besançon[4]. La JN venne in seguito liquidata; la gestione della linea fu rilevata, a partire dal 1º gennaio 1900, dalla Compagnie du Jura-Neuchâtelois.
A seguito di un contratto stipulato il 4 novembre 1912 la linea passò alla Confederazione; le Ferrovie Federali Svizzere subentrarono nell'esercizio a partire dal 1º luglio 1913[5].
La linea venne elettrificata il 30 settembre 1931; i primi treni a trazione elettrica entrarono in servizio dal successivo 4 ottobre[6].
La linea, a scartamento normale, è lunga 38,84km. La linea è elettrificata a corrente alternata monofase con la tensione di 15.000 V alla frequenza di 16,7Hz; la pendenza massima è del 27 per mille. È a binario unico, tranne che nel tratto tra Neuchâtel e Vauseyon[7].
La linea parte dalla stazione di Neuchâtel, e condivide poco più di 1 chilometro (fino al bivio di Vauseyon), con la ferrovia Losanna-Olten. Fino a Rochefort la linea corre a mezza costa sulle prime pendici del massiccio del Giura, prima di compiere un regresso in località Chambrelien, indispensabile per poter superare il dislivello tra Neuchâtel (situata a 482 metri sul livello del mare) e La Chaux-de-Fonds (a 991 metri sul livello del mare). Da Chambrelien la linea attraversa la parte occidentale della Val-de-Ruz prima di sottopassare con una galleria lunga oltre 3 chilometri il massiccio giurassiano ed arrivare a Les Convers, località da cui, fino al 1888, si diramava la linea per Bienne[9]. Dopo un'ulteriore galleria sotto il Mont Sagne si arriva a La Chaux-de-Fonds. Un'ulteriore galleria sotto il col des Roches porta a Le Locle; poco più di un chilometro dopo si trova la stazione di frontiera di Le Locle-Col-des-Roches, oltre la quale si trova la galleria che divide Francia e Svizzera, oltre la quale la linea prosegue verso Besançon.
(DE,FR) Betrieb der Eisenbahn im Neuenberger Jura, in Schweizerische Bauzeitung, vol.5, n.23, Zurigo, A. Waldner, 1885, pp.137-138. URL consultato il 29 maggio 2020.
(FR) Henri Girard, Le Jura-Industriel, in Musée neuchâtelois, vol.44, n.1, Neuchâtel, Société d'histoire et d'archéologie du canton de Neuchâtel, 1957, pp.105-138. URL consultato il 3 giugno 2020.
(FR) L'électrification du «Jura Neuchâtelois», in Bulletin Technique de la Suisse Romande, vol.56, n.7, Losanna, Société du Bulletin Technique de la Suisse Romande, 1930, pp.85-86. URL consultato il 29 maggio 2020.
(FR) L'électrification du «Jura Neuchâtelois», in Bulletin Technique de la Suisse Romande, vol.56, n.8, Losanna, Société du Bulletin Technique de la Suisse Romande, 1930, pp.96-100. URL consultato il 29 maggio 2020.
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