Die Strecke wurde als eigenes Gleis für die S-Bahn Nürnberg errichtet. Die Planungen hierfür reichten schon bis ins Jahr 1975 zurück. Die Verbindung von Nürnberg nach Roth wurde dann 1979 zusammen mit den Strecken einer S1 nach Lauf (l.d. Pegnitz), einer S2 über Feucht nach Altdorf (b. Nürnberg) und einer S3 über Schwabach nach Roth als erste Baustufe festgelegt. Ursprünglich war hierfür sogar eine Neubautrasse durch den Reichswald angedacht die die bestehende Hauptstrecke nach Roth entlasten sollte. Nach Protesten von Kommunen und Bürgerinitiativen wurde dies aber letztendlich verhindert.

Es sollte von 1994 bis 2001 dauern bis alle Bauabschnitte zur Fertigstellung kamen. Dazu wurden die alten Bahnhöfe und Haltestellen entlang der Hauptstrecke zwischen Nürnberg und Roth aufgelassen und durch Halte mit neuen Bahnsteigen an der teilweise 2-gleisig ausgebauten S-Bahnstrecke ersetzt. Lediglich Nürnberg, Schwabach und Roth haben noch gemeinsame Berührungspunkte. Schliesslich kam 2004 noch der auf zwei Ebenen aufgebaute Halt Nürnberg-Steinbühl dazu. Das hierzu erbaute Überwerfungsbauwerk ist dabei wohl das beeindruckendste Kunstbauwerk der Strecke.