La ligne de chemin de fer Paris-Boulogne est ouverte en 1847. Dans la Somme, elle dessert, entre autres, Amiens et Abbeville, et s'arrête à Noyelles-sur-Mer. A cette date, l'arrivée du train près de la Côte picarde permet à un plus grand nombre de baigneurs de visiter les plages où une activité de bains est déjà balbutiante. Selon Pacey, la Compagnie de Chemin de fer d'Amiens-Boulogne est absorbée par la Compagnie des Chemins de fer du Nord le 9 juillet 1851.

Selon Lomier, en janvier 1852 débute une enquête commodo et incommodo sur le projet de chemin de fer Noyelles-sur-Mer - Saint-Valery-sur-Somme. Il est prévu que la ligne traverse le Domaine public maritime. Le risque d'ensablement de la baie est alors connu mais, dans un rapport de l'officier de marine de Saint-Marsault, ce dernier déclare que le chemin de fer est d'un plus grand intérêt pour le développement de la région que les risques d'ensablement encourus par la baie.

En octobre 1853, le Ministère de la Marine annonce son accord. La ligne est ouverte pendant l'été 1858. L'ensablement de la baie est immédiat, aggravé par le remplacement de l'estacade en bois par une digue en 1910. En amont de cette digue, les terres gagnées sur la mer sont vendues, produit financièrement très fructueux pour l'Etat.

Le 22 juin 1859, les plans d'un pont tournant permettant de passer le canal sont approuvés. Une gare est construite à Saint-Valery-Canal : de la première construction en bois et briques il ne subsiste rien, de même que du pont-levant (source : Pacey). A la veille de la Seconde guerre mondiale, cette voie ferrée est doublée d'une voie routière.

Au sud de la Baie de Somme, le chemin de fer arrive plus tardivement. La ligne Paris-Le Tréport, via Amiens et Abbeville (Chemins de fer du Nord) est inaugurée en 1873 et en 1876, Le Tréport est relié à Paris par Beauvais (Chemins de fer de l'Ouest).

A partir de 1887, le Syndicat des propriétaires de Mers demande à la Compagnie des Chemins de fer du Nord et de l'Ouest de mentionner Mers sur les panneaux indicateurs et les affiches. Il obtient d'autant plus satisfaction que la gare se dénomme désormais Le Tréport-Mers (source : P.V. des assemblées générales du Syndicat de Mers-les-Bains).

En 1884, la Compagnie des Chemins de fer économiques obtient la concession pour 99 ans du réseau à voie métrique de la Somme. La ligne Noyelles-sur-Mer - Le Crotoy est ouverte le 1er juillet 1887 et la ligne Noyelles-sur-Mer Cayeux-sur-Mer est ouverte le 6 septembre 1887, reliant les deux stations au réseau des Chemins de fer du Nord. Une convention du 26 mars 1887, confirmée par décret du 28 mai 1887, établit une concession de la portion Noyelles-sur-Mer - Saint-Valery-sur-Somme à la Compagnie des Chemins de Fer économiques pour la pose d'un voie métrique. Les deux rails sont posés entre ceux à voie normale des Chemins de fer du Nord. La SNCF, successeur de la Compagnie du Nord, continue d´utiliser la voie normale jusqu´au 6 février 1989 et demeure propriétaire et responsable de son entretien jusqu´au 31 décembre 1992, date à laquelle la ligne est vendue au département.

Au début du 20e siècle, des projets de réseaux secondaires reliant les voies nationales et les stations balnéaires voient le jour. En 1903, la Société des Chemins de fer industriels et balnéaires de la Somme avait envisagé la construction d'une ligne du Tréport à Cayeux-sur-Mer via le Bois-de-Cise, la Croix-au-Bailly et Ault-Onival, mais le projet n'aboutit pas. Le réseau devait assurer le trafic de voyageurs, et notamment de baigneurs, mais aussi celui de l'industrie locale : transport de galets, de betteraves vers les raperies, de produits de la mer (huîtres).

Au nord de la Baie de Somme, un tramway est mis en place vers 1903 pour relier Fort-Mahon-Plage et Quend-Plage à la ligne Paris-Boulogne depuis l'arrêt de Quend.

Le 1er septembre 1935, la halte de Lanchères-Pendé est construite sur la ligne Saint-Valery-sur-Somme - Cayeux-sur-Mer, et en 1937, une nouvelle gare est construite à Saint-Valery-sur-Somme. Après 1945, la ligne subsiste en raison de son intérêt pour l'industrie locale.

En 1960, la Compagnie des Chemins de fer économiques fusionne avec la Compagnie des Chemins de fer secondaires pour former la Compagnie générale des chemins de fer et de transports automobiles (CFTA). Mais le trafic décline et mène à son abandon. Depuis 1969, l'Association du chemin de fer de la Somme poursuit une politique de mise en valeur de la ligne Cayeux-sur-Mer - Le Crotoy via Saint-Valery-sur-Somme par l'acquisition de locomotives et un service de petit train touristique en saison.