Проект проведения Вытегорско-Онежской железной дороги, как связующего звена между Белым морем и Мариинской водной системой и Петербургом, впервые возник в 1871 году. Вскоре был разработан проект строительства конножелезной дороги от города Повенец до города Кемь, а затем продолжения её на Мурманское побережье. Но далее вопрос об устройстве железной дороги на Поморье и Мурман заглох.
В 1913 году за постройку железной дороги до Петрозаводска взялось созданное для этого общество Олонецкой железной дороги. Объявление Германией войны России закрыло для прохода русских кораблей пролив Дарданеллы (Турция была союзницей Германии), затруднительность торговых сношений России через Швецию явились толчками для немедленного осуществления постройки Мурманской железной дороги с выходом её на берега Северного Ледовитого океана. 30 декабря 1914 года на заседании правительства вопрос о скорейшем сооружении рельсового пути на Мурман и оборудовании там незамерзающего океанского порта был признан заслуживающим самого серьезного внимания.
Вся Мурманская железная дорога должна была строиться средствами и распоряжением казны. Стоимость сооружаемой от Петрозаводска до Мурманска линии при общем протяжении в 1061 версту составляла около 100 млн. рублей. Она разделялась на две части: южную от Петрозаводска до Сорокской бухты на Белом море и северную - от Сорокской бухты до станции Мурман на Северном Ледовитом океане. Сроки постройки отдельных частей дороги были такие: Петрозаводск - Сорокская бухта (356 верст) - 1 год; Сорокская бухта - Кандалакша (371 верста) - 1 год 3 месяца, Кандалакша - Мурман (265 верст) - 9 месяцев. Таким образом, дорогу было решено построить в кратчайший срок, чтобы уже в 1915 году функционировала линия Петрозаводск - Сорокская бухта.
Все строительство велось хозяйственным способом. Лишь постройка конечного, северного участка протяженностью в 120 верст была сдана в подряд группе английских предпринимателей, но подряд успеха не имел, и основную часть работ на этом участке пришлось потом выполнять русским рабочим.
В основу сооружения одноколейной линии Петрозаводск - Мурман было положено условие, чтобы дорога без перерыва движения могла быть приведена к типу дорог первостепенного значения, или магистрали. По окончании устройства временного полотна и открытия движения предполагалось последовательно выполнить работы второй очереди по приведению профиля дороги к магистральному типу, по замене временных деревянных мостов постоянными, с каменными опорами и железными или железобетонными пролетными строениями, и по устройству постоянных водоснабжений и мастерских.
Работы по сооружению линий Петрозаводск - Сорокская бухта и Кандалакша - Мурман начались весной 1915 года. Протяженность линии от Петрозаводска до Семеновской бухты составляет 1061 версту, из них 250 предстояло проложить по болотам. На линии предполагалось до 1110 искусственных сооружений на водотоках. В среднем на версту пути приходилось около 5 сажен водопропускных отверстий или около 8 погонных сажен мостов. Скальные работы достигали 30 процентов всех выемок грунта и 10 - всего количества работ. Для засыпки болот землю приходилось подвозить поездами из редких карьеров, расположенных на расстоянии до 25 верст один от другого.
Укладка рельсового пути на всем протяжении линии началась в августе 1915 года. Основная часть работ производилась поздней осенью и зимой при температурах, державшихся неделями около 30 градусов, при непрерывных северных и северо-восточных ветрах.
Работы велись не только в светлое время, но и в течение всей полярной ночи. Места укладки освещались факелами, так как фонари при постоянных ветрах и метелях оказывались непригодными. На болотах устраивались растворки в несколько рядов бревен, укладываемых вдоль и поперек полотна, к которым "пришивался" рельсовый путь. При погружении нижних рядов бревен в болото путь разбирался, растворка наращивалась, и рельс "пришивался" снова. Если вблизи имелись валуны, ими заваливали болото, и на у плотненном таким образом грунте укладывался слой балласта под рельсовый путь.
Все эти технические трудности, а также обстоятельства военного времени показывали, что укладка рельсового пути к назначенному сроку могла быть завершена только при исключительном напряжении сил как рабочих, так и лиц местного технического надзора.
Для обеспечения строительства необходимо было доставлять на линию материалов, инструментов, провианта, фуража и одежды около 4 миллионов пудов на сумму около 12 миллионов рублей, не считая иностранных заказов и покупок. Было заготовлено 80 тыс. пудов муки, 5 тыс. пудов чая, 35 тыс. пудов сахара, 300 тыс. пудов овса, 6 тыс. пудов махорки.
Грузы для строительства шли по железным дорогам, гужевым дорогам, по внутренним водным путям и морю. Перевозки совершались с перегрузками с одного вида транспорта на другой, и все это требовало много времени и больших усилий в подыскивании нужного транспорта, который в первую очередь обеспечивал военные перевозки.
В летнее время снабжение линии Петрозаводск - Сорока велось из Петрограда, а линии Кандалакша - Мурман - из Архангельска морем. Из Вологды и Котласа в Архангельск было доставлено 750 тыс. пудов разных грузов, 12 паровозов, 18 крытых вагонов, 285 платформ. Из Архангельска грузы на пароходах шли по Белому морю в Сороку, Кандалакшу и в Колу по Ледовитому океану. Подвижной состав из Америки в разобранном виде поставлялся в Кандалакшу, здесь паровозы и вагоны собирались и шли по железной дороге до Зашейка. В Зашейке паровозы и вагоны грузились на баржи и по озеру Имандра развозились по участкам строящейся дороги. За навигацию 1915 года из Архангельска было перевезено около 2 млн. 100 тыс. пудов разных грузов в порты Сороки, Кеми, Кандалакши и Колы. Морское ведомство оказало значительные услуги в постройке железной дороги. Оно приняло на себя перевозки 1 млн. 800 тыс. пудов грузов. Бывали дни, когда на Белом море работало около 20 пароходов, занятых перевозками грузов для Мурманской железной дороги.
Оторванные от всей России рабочие и строительный персонал испытывали недостаток в предметах первой необходимости. Они месяцами не имели сахара, неделями - соли и других продуктов, но вынужденно продолжали работать и в этих неимоверно тяжелых условиях.
В районе работ ни местных, ни пришлых рабочих не было, наём их производился главным образом в средней части европейской России и в Поволжье. Наибольшее количество рабочих было нанято в Нижегородской, Казанской, Симбирской, Смоленской, Калужской, Пензенской губерниях. В 1916 году на строительстве дороги было занято 30 тысяч рабочих русского подданства, 1200 финнов, 25 тысяч военнопленных австро-венгерского и германского подданства, 10 тысяч китайцев манчжурского происхождения и 2 тысячи киргизов из Семипалатинской губернии. Военным командованием было выделено два батальона железнодорожных войск. Эти части были использованы для замещения должностей нижнего персонала службы движения, тяги, телеграфа, пути, инструкторов строительных работ, квалифицированных рабочих. На строительстве был также один пехотный батальон в составе 6 рот и штрафная рота из Тулы, солдаты которой отказались ехать на фронт.
В зимнее время нанятые рабочие следовали пешком от Званки до Петрозаводска (350 верст), а из Обозерска Архангельской области шли до Сороки 400 верст. На участки строительства от Имандры до Мурмана людей завозили через Финляндию, Норвегию, Швецию. Рабочие на линии размещались в заранее приготовленных бараках. Питание и снабжение одеждой производилось из казенных кладовых. Цены на товары были установлены во многих случаях ниже их себестоимости.
Первый сквозной поезд от Петрозаводска до станции Сорока на Белом море по магистрали протяженностью 356 верст прошел 21 декабря 1915 года. Сквозное движение поездов на линии Петрозаводск - Мурман было открыто 3 ноября 1916 года.
Открытое Петром Первым с основанием Петербурга "окно в Европу" для русской внешней торговли в то время было закрыто Германией блокадой Балтийского моря. Сношения через Архангельск затруднялись тем, что Белое море замерзало на полгода. Поэтому строительство железной дороги к незамерзающему порту на Мурмане и круглогодичная доставка военных грузов, материалов явились для России тех времен новым окном в Европу.
21 января 1935 года, идя навстречу пожеланиям организаций трудящихся Мурманской железной дороги, эту магистраль переименовали в Кировскую, а позже приказом министра путей сообщения от 14 июля 1959 года Кировская железная дорога и Октябрьская были объединены в Октябрьскую железную дорогу с местонахождением управления дороги в Ленинграде.
