Les débuts
La construction de ligne fut évoquée dans le plan Freycinet. La déclaration d'utilité publique eut lieu le 25 juillet 1882. L'ouverture à l'exploitation se fit le 4 octobre 1895 pour la section Lozanne-Lamure, et le 1er septembre 1900 pour la section Lamure-Paray. La concession fut attribuée au PLM.
La ligne servait notamment à décharger le trafic marchandises de la ligne Paris-Lyon via Dijon. De nombreuses messageries pour Paris l'empruntaient, d'où le surnom de "ligne des messageries".
Présent et avenir
En 1995, la seconde voie fut déposée. Une grande partie du trafic voyageurs est en effet déjà assuré par car.
Aujourd'hui, le trafic marchandises est essentiellement constitué de trains transportant des rouleaux d'acier pour les forges de Gueugnon (déchargement en gare de Digoin). Il existe également un transport de bois à partir de Lamure. Des industries sont desservies sur la section Brignais/Givors (depuis le triage de Badan).
En ce qui concerne le trafic voyageurs, le trafic est principalement local (travailleurs et étudiants ; mais aussi cyclo-touristes le week-end, pélerins pour Paray-le-Monial...). La ligne voit aussi passer quotidiennement des TER à destination de Moulins, Nevers, voire Vierzon et Tours (Ligne Lyon-Nantes). Les trains Grandes Lignes ente Lyon et Nantes passent quant à eux par Roanne et Saint-Germain-des-Fossés ; cependant la ligne de l'Azergues sert de trajet de détournement en cas d'interruption du trafic sur cet axe (comme le 14 avril 2005). Sur la section Lozanne / Tassin circulent les TER Lyon Saint-Paul / Lozanne ainsi que sur la section Tassin / Brignais (Liaison St-Paul / Brignais).
L'avenir de cette ligne est incertain. La dépose de la seconde voie, l'absence d'entretien, la fermeture des points de vente, les projets de transport des aciers par route laissent augurer une fermeture proche. A Noter le projet de Tram-train de l'ouest Lyonnais, qui comprendra l'électrification de la Ligne en 1500V entre Lozanne et Brignais, la remise à niveau de l'infrastructure ainsi que la mise en oeuvre de matériel de nouvel génération de tram-train dont la commande à été faite à Alstom en mai 2007. Un raccordement direct sera aussi crée entre les gares d'Ecully Demi-Lune et Piscine d'Alaï, afin d'éviter le rebroussement en gare de Tassin (gain de temps estimé sur le trajet Lyon St-Paul / Brignais environ 6min)
Néanmoins, le projet d'une électrification et du rétablissement de la seconde est périodiquement avancé ! Ce projet d'inscrirait dans le cadre d'une rénovation de la ligne transversale Lyon-Nantes et du délestage de l'artère impériale, mais est en concurrence avec l'électrification la ligne Saint-Germain-au-Mont-d'Or-Saint-Germain-des-Fossés via Roanne. Toujours dans le projet du tram-train de l'est Lyonnais, certains évitements devrait etre remis en service entre Lozanne et Tassin pour renforcer la capacité de la ligne. Idem à l'arrivée sur Brignais qui sera partiellement remise à double voie.