โดยรัฐบาลได้อนุมัติสัมปทานก่อสร้างและดำเนินกิจการโดย บริษัทรถไฟปากน้ำ ของชาวเดนมาร์ก มีสัญญาสัมปทาน 50 ปี เริ่มก่อสร้างเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 2434 แล้วเสร็จในปี 2436 ค่ารถไฟในสมัยนั้น ไปกลับ 1 บาท มี 10 สถานี สถานีละ 1 เฟื้อง

 

สถานีต้นทางคือสถานีหัวลำโพง รถจะหยุดรับส่งคนโดยสารที่ ศาลาแดง บ้านกล้วย พระโขนง บางนา สำโรง ศีรษะจระเข้ (หัวตะเข้) บ้านนางเกรง มหาวง แล้วก็ถึงปากน้ำ

 

เมื่อครบกำหนด 50 ปี เมื่อวันที่ 13 กันยายน 2479 รัฐบาลก็ได้ซื้อทรัพย์สินของรถไฟสายนี้ ต่อมายกเลิกกิจการไปเมื่อวันที่ 1 มกราคม 2503 เพื่อขยายถนนพระราม 4

 

ทางรถไฟสายปากน้ำดำเนินการโดย กอมปานีรถไฟ หรือ บริษัทรถไฟปากน้ำ บริหารงานโดยอังเดร เดอ ริเชอลิเออ (พระยาชลยุทธโยธิน) ชาวเดนมาร์ก และแอลเฟรด ยอนลอบเตอด เยฟอานีเอช (พระนิเทศชลธี) ได้รับสัมปทานตั้งแต่วันที่ 13 กันยายน 2429 เป็นเวลา 50 ปี สิ้นสุดปี 2479

 

เริ่มดำเนินการก่อสร้างตั้งแต่ปี 2434 มีวิศวกรเดินรถชื่อ ที.เอ. ก็อตเช่ (Captain T.A. Gottsche) ชาวเดนมาร์ก ต่อมาได้รับราชทินนามเป็น ขุนบริพัตรโภคกิจ ต้นสกุล คเชศะนันทน์ ครั้งนั้นพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้เสด็จพระราชดำเนินไปทรงทำพิธีเริ่มการก่อสร้างเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 2434

 

เมื่อทางรถไฟสายปากน้ำแล้วเสร็จเปิดเดินขบวนรถครั้งแรกเมื่อวันที่ 11 เมษายน 2436 (ร.ศ. 112) พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เสด็จพระราชดำเนินทรงประกอบพิธีเปิดบริการ และเสด็จขึ้นประทับโดยสารขบวนรถไฟพระที่นั่ง พร้อมด้วยพระบรมวงศานุวงศ์

 

ในพิธีเปิดการเดินรถครั้งนั้นพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว มีพระราชดำรัส ปรากฏความตอนหนึ่งว่า "...เรามีความยินดีที่ได้รับหน้าที่อันเป็นที่พึงใจ คือจะได้เป็นผู้เปิดรถไฟสายนี้ ซึ่งเป็นที่ชอบใจและปรารถนามาช้านานแล้วนั้น ได้สำเร็จสมดังประสงค์ลงในครั้งนี้

 

เพราะเหตุว่าเป็นรถไฟสายแรกที่จะได้เปิดในบ้านเมืองเรา แล้วยังจะมีสายอื่นต่อๆ ไปอีกจำนวนมากในเร็วๆ นี้ เราหวังว่าจะเป็นการเจริญแก่ราชการและการค้าขายในบ้านเมืองเรายิ่งนัก..."

 

การเดินรถในระยะแรก ใช้หัวรถจักรไอน้ำ ผลิตโดยบริษัท Krauss & Co of Munich จากเมืองมิวนิก ประเทศเยอรมนี จนกระทั่งปี 2468 จึงได้เปลี่ยนเป็นรถรางไฟฟ้าเช่นเดียวกับรถรางในกรุงเทพฯ

 

อย่างไรก็ตามกิจการทางรถไฟสายปากน้ำต้องประสบกับการขาดทุนด้านทางราชการจึงให้เงินกู้ยืม ถือเป็นครั้งแรกที่ให้บริษัทต่างชาติกู้ยืมเงิน ทั้งนี้ก็เพื่อรักษาทางรถไฟสายแรกของไทยให้ดำเนินกิจการต่อไปได้

 

หลังสิ้นสุดสัมปทาน การรถไฟแห่งประเทศไทยได้ซื้อเส้นทางรถไฟสายดังกล่าวมาดำเนินกิจการระยะหนึ่ง และท้ายที่สุดได้มีการยกเลิกทางรถไฟสายนี้ เมื่อวันที่ 1 มกราคม 2503 ในรัฐบาลจอมพลสฤษดิ์ ธนะรัชต์ มีคำสั่งให้รื้อทางรถไฟและถมคลองสร้างเป็นถนนพระราม 4 และถนนทางรถไฟสายเก่า