Em 1852, o governo Imperial do Brasil iniciou os trabalhos para a implantação de uma linha férrea que ligasse o Rio de Janeiro às províncias de São Paulo e Minas Gerais, concedendo direitos de construção e exploração do serviço a uma ou mais companhias de acionistas particulares. O caminho partiria da Corte. Depois de transpor a Serra do Mar, ele se dividiria em dois ramais, nas direções de Minas Gerais e de São Paulo. O trecho no território do Rio de Janeiro recebeu o nome de "Estrada de Ferro Dom Pedro II".
A construção da ferrovia facilitaria o escoamento do café, que, naquele tempo, avançava ao longo do Vale do Paraíba, em São Paulo. Por isso, a ideia mobilizava os fazendeiros da província. Entretanto, mesmo antes de atingir o ponto da bifurcação dos ramais, na localidade de Barra do Piraí, em 1864, a Estrada de Ferro Dom Pedro II já dava mostras de fragilidades financeiras. Talvez por isso, um ano depois, a ferrovia foi encampada pelo Governo Imperial.
Apesar das dificuldades, em São Paulo, os cafeicultores continuavam a apostar no projeto ferroviário. Em 1864, o fazendeiro jacareiense João da Costa Gomes Leitão já pedia à Assembleia Provincial a construção de uma estação de trem na cidade. Em 1871, o Governo Provincial contratou a Companhia São Paulo e Rio de Janeiro, de investidores particulares, para a instalação e exploração da linha férrea partindo da Estação do Brás, na Capital e passando por Mogi das Cruzes, Jacareí, São José dos Campos, Caçapava, Taubaté, Pindamonhagaba, Aparecida, Guaratinguetá, Lorena até chegar ao povoado de Santo Antônio da Cachoeira - depois chamado, Cachoeira Paulista -, onde encontraria os trilhos da Estrada de Ferro Pedro II. A linha foi chamada de "Estrada de Ferro do Norte".
A estação da Estrada de Ferro do Norte em Jacareí foi começou a ser construída em 1873, num terreno no Largo do Bonsucesso, distante do velho centro comercial da cidade. A construção trouxe trabalhadores de vários lugares do Brasil à cidade. Os trens transportavam cargas e passageiros, impulsionando o comércio, que foi se concentrando ao redor do parque ferroviário. A estação foi inaugurada com festa em 1876.
Os trilhos atingiram o povoado de Cachoeira em 1877. Dalí, os passageiros e produtos faziam a travessia do Rio Paraíba em balsas e seguiam para o Rio de Janeiro nos trens da Estrada de Ferro Dom Pedro II.
Em 22 de novembro de 1889, a Estrada de Ferro Dom Pedro II passou a chamar-se Estrada de Ferro Central do Brasil e, em 1896, incorporou a Estrada de Ferro do Norte, finalizando os trabalhos da ligação entre São Paulo e Rio de Janeiro.
Em 30 de setembro de 1957, o patrimônio da Estrada de Ferro Central do Brasil foi transferido à recém-criada Rede Ferroviária Federal, a RFFSA, uma empresa estatal ligada ao Ministério dos Transportes.
Com o programa de privatizações do Governo Federal, a partir de 1996, a malha ferroviária da RFFSA foi segmentada em seis seções e oferecida em concessão de exploração para particulares. O processo de liquidação da empresa foi finalizado em 2007.