Se fino agli albori del 1900 gli intesi traffici commerciali tra Lucca e il Valdarno pisano avvenivano soprattutto tramite il Lago di Bientina, con la diffusione del treno e della linea ferrata le cose cambiarono in fretta. Venne deciso perciò di dar vita a una linea ferroviaria che collegasse direttamente la città di Lucca con Pontedera. Il progetto subì dapprima alcune complicazioni, ma si giunse finalmente alla sua stesura e successiva approvazione nel 1922, mentre i lavori terminarono nel 1926 con inaugurazione due anni più tardi. Ben 25,3 chilometri di binari, che riscossero in poco tempo un autentico successo, specialmente in termini di passeggeri. Questa tratta infatti, divenne davvero frequentata anche per via della grande espansione industriale che ebbe Pontedera e il suo bacino, che offrivano moltissime opportunità di lavoro. Il percorso si completava in circa 60 minuti, ma quando entrarono in servizio le automotrici, il tempo si ridusse fino ai 35.
L’itinerario era composto da diverse fermate, fra cui: Toringo-Parezzana, San Leonardo in Treponzio-Sant’Andrea di Compito, San Ginese-Pieve di Compito, Colle di Compito, Castelvecchio di Compito, Buti-Cascine, Vicopisano-Bientina, Calcinaia e infine Pontedera-Casciana Terme. Il percorso poteva essere ampliato, poiché il progetto generale era di renderlo uno degli snodi ferroviari più importanti del centro-nord Italia, con arrivo addirittura alle Saline di Volterra verso Sud e a Modena verso Nord. Le vicende belliche hanno impedito che tutto ciò avvenisse.
Durante il secondo conflitto mondiale, la Lucca-Pontedera divenne un bersaglio strategico. L’esercito tedesco si servì largamente di questa strada ferrata, che di conseguenza fu oggetto di intensi bombardamenti da parte degli Alleati. Furono fatti saltare in aria i binari, ponti e anche moltissime stazioni, radendola sostanzialmente al suolo. Appena finita la guerra, ci fu un progetto per restaurare la vecchia tratta, ma fu deciso di rinunciarci poiché troppo dispendiosa economicamente e perché il trasporto su gomma divenne prevalente rispetto a quello ferroviario. Oggi ne restano intatti alcuni reperti importanti, come alcune stazioni, alcuni caselli e molti ponti e fabbricati.
