Nel 1871 un comitato ottenne la concessione per una linea ferroviaria tra Lenzburg e Lucerna, ma non riuscì ad iniziare i lavori a causa della crisi del settore, culminata con il collasso della Schweizerische Nationalbahn nel 1878. Rivisto il progetto con l'impianto dei binari ai bordi delle strade esistenti e con finanziamenti da parte di capitali inglesi si costituì a Londra nel 1881 la società The Lake Valley of Switzerland Rail Company, che due anni dopo aprì la linea Lenzburg-Emmenbrucke: il tragitto di 50 km era coperto in circa tre ore.
Nel 1984 cessò il traffico passeggeri sul tratto Wildegg-Lenzburg[1] (l'ultimo treno circolò su questa tratta dieci anni dopo, e nel 2002 il Consiglio federale decise la soppressione della linea, non più utilizzata[2]), mentre il 30 maggio 1992 chiuse al traffico passeggeri la diramazione Beinwil-Beromünster, sostituita da un'autolinea esercitata dall'AutoPostale Svizzera: per le FFS la tratta (la più ripida della rete, con una pendenza del 38 per mille) aveva una situazione finanziaria ritenuta insostenibile, con ricavi per 190.000 franchi e costi per 2,3 milioni di franchi[3]. La Beinwil-Beromünster chiuse definitivamente nel 2001[4]: la tratta fino a Menziken è stata ricostruita per ospitare la linea a scartamento ridotto per Aarau, che correva sino ad allora su un percorso parallelo in sede promiscua[5]. Altra rettifica nel tracciato è avvenuta nel 1998, con la soppressione del tratto Emmenbrücke-Emmen-Waldibrücke (in parte riutilizzato come raccordo per la RUAG) sostituito da un nuovo percorso[6].
La linea, a scartamento normale, è lunga 47 km[8], per gran parte a binario unico (fa eccezione la tratta Lucerna-Emmenbrücke Gersag, comune alla ferrovia Olten-Lucerna) e a lato della sede stradale[9]. La linea è elettrificata a corrente alternata con la tensione di 15 kV alla frequenza di 16,7 Hz (fino al 1930 5.500 V 25 Hz); il raggio minimo di curva è di 100 metri, la pendenza massima del 35 per mille. La velocità massima nei tratti urbani è di 40 km/h, con marcia a vista, mentre nei restanti tratti sale ad 80 km/h.
La ferrovia corre a lato della Strada principale 26, con 85 passaggi a livello ,rimanenti nel 2009, che la rendono una delle linee più pericolose della Svizzera (metà degli incidenti ai passaggi a livello dell'intera rete FFS avviene sulla Seetalbahn, e tra il 1987 e il 1992 sono morte a causa di incidenti sulla linea nove persone)[9].
Le tratte Wildegg-Lenzburg e Menziken-Beromünster sono state disarmate; la seconda è stata trasformata in pista ciclabile[10].
Per l'apertura della linea la Krauss fornì sei locotender a tre assi (E 3/3 1÷6), affiancate da altre due (Ed 3/3 7÷8) costruite dalla SLM di Winterthur nel 1896-97. Sempre la SLM fornì tra 1902 e 1904 quattro locomotive a quattro assi (Ed 3/4 11÷14) e nel 1903 due locomotive a due assi (Ed 2/2 21÷22). Un'ultima locomotiva a tre assi (E 3/3 51) fu acquistata dalla Orenstein & Koppel nel 1908[11].
Con l'elettrificazione della linea le locomotive a vapore furono radiate o vendute (due delle Ed 3/4 vennero acquistate dalla Società Veneta). Per sostituirle Schlieren e Brown Boveri fornirono tra il 1909 e il 1911 otto elettromotrici (BCe 4/4 51÷58) e due locomotori-bagagliaio (Fe 4/4 151÷152). Tutti i mezzi furono demotorizzati con la conversione dell'alimentazione della linea a 15 kV tranne due elettromotrici cedute alla Ferrovia Centrale Umbra[11].
Nel 1926 le FFS acquisirono tre locomotori elettrici per servizio merci (De 6/6 15301÷15303) costruiti da SLM e Brown Boveri, noti come "Seetalkrokodil" ("Coccodrilli della Seetal", per la loro somiglianza con i "coccodrilli" del Gottardo), e derivati meccanicamente dai locomotori Ee 3/3 da manovra. Rimasero in servizio sino al 1983: due locomotori vennero demoliti, mentre il terzo fu ceduto alla Ferrovia Oensingen-Balsthal[12]. Tra il 1947 e il 1950 le FFS introdussero delle carrozze a terrazzini e carrelli a cassa metallica, note come Typ Seetal[13].
Tra il 1966 e il 1971 le FFS trasformarono undici automotrici-bagagliaio De 4/4 (costruite originariamente a fine anni Venti) per l'esercizio sulla Seetalbahn e sulla ferrovia Pont-Brassus[14].
A partire dal 2002 sulla ferrovia prestano servizio gli elettrotreni RABe 520, adatti alla sagoma limite ridotta della linea.
(DE,FR) Seethalbahn, in Schweiz–Suisse–Svizzera-Switzerland, n.10, Zurigo, Ufficio nazionale svizzero del turismo, 1983. URL consultato l'8 aprile 2019.