Fu attivata il 1º aprile 1883 dalla Società Anonima Ferrovia Sassuolo Modena Mirandola Finale (FSMMF), che aveva ottenuto in concessione anche la Modena-Mirandola e in seguito gestì la tranvia Modena-Maranello. Inizialmente era a scartamento ridotto (950 mm) con trazione a vapore, e fu pertanto la prima ferrovia in Italia a essere costruita a scartamento ridotto.
Questa linea era anche conosciuta come “al trenèin dal còcc”: in dialetto modenese il “cuccio” era la spinta iniziale che veniva impressa ai treni in partenza da Sassuolo che, sfruttando la lieve e regolare pendenza fino a Modena, congiungevano i due centri senza altro tipo di propulsione, raggiungendo velocità comprese fra i 20 e i 30 km/h. Erano anche detti “treni a gravità”, e permettevano un notevole risparmio energetico, in termini di carbone non consumato. Pare che in testa venisse sistemato un carico pesante, un vagone di sabbia o maiali, per aumentarne la trazione verso valle. Ne era previsto solo uno al giorno, senza fermate intermedie, portati a due durante la prima guerra mondiale.
Nel 1917, l'esercizio passò alla SEFTA, nata dalla fusione della FSMMF con la FMV. La società procedette al passaggio dello scartamento a quello normale tra il 1929 e il 1932. Durante il periodo dei lavori i binari erano a doppio scartamento, in modo che il servizio non fosse interrotto. Nello stesso tempo, avvenne l'elettrificazione della linea.
La stazione di Sassuolo Terminal nel 1990
Nel 1970, la linea rimase l'unica sopravvissuta di tutta la rete delle ferrovie provinciali.
Il treno che la percorre è soprannominato "Gigetto": tale nomignolo fu coniato a fine anni 1980 dall'allora sindaco di Modena Alfonsina Rinaldi in occasione della presentazione di un progetto di ristrutturazione della linea.
Nel maggio del 1998 venne chiuso al traffico il raccordo fra la stazione di Modena piazza Manzoni e la stazione FS, e iniziarono i lavori di interramento e ricostruzione. L'inaugurazione della tratta ricostruita, che evita il regresso necessario in precedenza, si tenne il 14 dicembre 2003, mentre l'esercizio regolare iniziò il 26 gennaio dell'anno successivo.
In particolare, da piazza Manzoni la linea è stata interrata, sottopassando la via Vignolese e la via Emilia, quindi torna in superficie a circa un chilometro dalla Stazione Centrale, sovrappassa via Divisione Acqui e con una curva raggiunge la Stazione Centrale presso Piazza Dante.
Dal 1º gennaio 2008 la linea è gestita da Ferrovie Emilia Romagna, che ha acquisito il ramo ferroviario della modenese ATCM.
Dal 1º gennaio 2020 i treni della linea sono svolti da Trenitalia Tper.
La stazione di Fiorano Modenese
Dal 13 giugno 2022 al 9 dicembre 2023 la tratta Formigine-Sassuolo è stata chiusa per via dei lavori di costruzione di un sovrappasso ferroviario che ha sostituito un passaggio a livello sull'ex strada statale 467 di Scandiano con la conseguente sostituzione con bus, mentre tra Modena e Formigine il servizio ferroviario era rimasto in funzione. Dal 10 dicembre 2023 è stata riaperta l'intera linea.
Percorso
Stazioni e fermate
linea RFI per Milano / linea RFI per Mantova
3+446
Modena (RFI)
linea SEFTA per Mirandola
† 1964
linee RFI per Bologna e SV per Ferrara † 1956
1+195
0+750
Modena Policlinico
* 2004
0+271
0+000
Modena Piazza Manzoni
linea SEFTA per Vignola
† 1972
0+970
Via Tabaroni
1+915
Via Panni-Opificio
3+242
Saliceta-San Giuliano
Autostrada A1 - Strade europee E35-E45
4+151
Modena Fornaci
5+794
Baggiovara Ospedale
* 2005
5+900
San Martino
6+561
Baggiovara (vecchia)
6+966
Bertola Baggiovara
7+733
Casinalbo
8+430
Cartiera
9+745
Formigine
11+973
Fossa
13+073
Fiorano
ex strada statale 467 di Scandiano
14+612
Sassuolo Quattroponti
raccordo ATCM-ACT
15+857
Sassuolo Terminal
Sassuolo Radici
linea FER per Reggio Emilia
Note
^Prospetto cronologico dei tratti di ferrovia aperti all'esercizio dal 1839 al 31 dicembre 1926
^Stefano Luppi, Modena-Sassuolo l'unico treno italiano del tutto gratuito, in Gazzetta di Modena, 10 giugno 2014
Italia 
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