Nachdem zwei frühere Gasthausprojekte auf dem Rothorn erfolglos geblieben waren, plante 1889/90 der in Luzern wohnhafte deutsche Ingenieur Alexander Lindner mit Unterstützung touristisch interessierter Brienzer (insbesondere Karl oder Carl Brück, Fabrikant in Brienz) die Bergbahn, welche die damals grösste Höhendifferenz einer Bergbahn überwinden sollte. Als Baumeister und Architekt kam Theodor Bertschinger aus Lenzburg hinzu. Am 15. Oktober 1889 wurde das Konzessionsgesuch in Bern eingereicht. National- und Ständerat erteilten schon am 20. Dezember die Bewilligung für 80 Jahre, die auch Maximaltarife enthielt und eine Verfügung, dass für die Fahrgeschwindigkeit der Bundesrat zuständig sei. Während der nur 16-monatigen Bauzeit zwischen Sommer 1890 und Herbst 1891 wurden bis zu 640 Bauarbeiter, meistens Italiener, auf verschiedenen Abschnitten gleichzeitig beschäftigt.[1]

Die Bahn wurde am 17. Juni 1892 eröffnet, kam aber schon bald in finanzielle Schwierigkeiten. Schuld waren unter anderem die 1893 eröffnete Schynige Platte-Bahn und die 1898 eröffnete Jungfraubahn sowie der Erste Weltkrieg. Am 9. August 1914 wurde daher der Betrieb eingestellt und die Bahn stillgelegt. Die Bahn erhielt im September 1916 vom Bund die Bewilligung, die Bahnanlagen abzubrechen. Weil die Bahnverwaltung aber die Abbruchkosten hätte vorschiessen müssen, unterblieb der Rückbau trotz des kriegsbedingten Materialmangels.[2]

1931 wagten Geldgeber die Wiedereröffnung der Strecke, da die Gleisanlagen trotz der langen Betriebspause noch in gutem Zustand waren. Weiterer Geldmangel verhinderte eine Elektrifizierung, stattdessen lieferte die Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik (SLM) in Winterthur zwei neue Dampfloks: Die Brienz-Rothorn-Bahn blieb bis heute neben der Dampfbahn Furka-Bergstrecke die einzige planmässig mit Dampftraktion verkehrende Eisenbahn der Schweiz.[3]

Mit dem Dampfbetrieb verbundene Unterhalts- und Betriebskosten belasteten das Unternehmen jedoch finanziell stark. Obwohl an der Generalversammlung vom 21. Juni 1968 einstimmig die Stilllegung der BRB und der Bau einer Luftseilbahn beschlossen wurde, blieb die Zahnradbahn bestehen. Allerdings sah das Betriebskonzept von 1971 zur Kapazitätssteigerung und zur Verbesserung die Beschaffung von drei Diesellokomotiven vor. So konnten die insgesamt sieben Dampflokomotiven aus der Zeit der Gründung sowie der Wiedereröffnung geschont werden. Neue Dampfloks konnten vorerst nicht beschafft werden, da die Industrie zu wenig Interesse zeigte.[4]

Dies änderte sich 1988, als die SLM mit der Entwicklung und dem Bau neuer, leistungsstärkerer Dampflokomotiven beauftragt werden konnte. Zum 100-Jahr-Jubiläum nahm die BRB 1992, mit Unterstützung eines Freundevereins, die ölgefeuerte Lok Nr. 12 in Betrieb. Drei weitere Lokomotiven kamen später hinzu.[5]

Seit den 2000er-Jahren werden die Gleisanlagen erneuert. Dabei kommen Schienen und Zahnstangen mit grösserem Profil zum Einsatz. Die normalen Bahnschwellen werden durch neue Schwellen im Y-Format ersetzt.

Zum Jubiläum 2017 erschien die Sondermarke 125 Jahre Brienz Rothorn Bahn.[6]