1893 wurde die Dolderbahn-Aktiengesellschaft gegründet. Sinn und Zweck der Gesellschaft war der Bau sowie der Betrieb der Dolderbahn und des Restaurants Waldhaus Dolder.

Um das Naherholungsgebiet am Dolder zu erschliessen wurde im Jahre 1894 mit dem Bau für die Dolderbahn begonnen. Bereits 1895 konnte die Standseilbahn in Betrieb genommen. Die Strecke führte damals noch vom Römerhof bis zur damaligen Endstation beim Waldhaus Dolder.

In den Jahre 1971-1972 läuft die Betriebskonzession der bisherigen Bahn aus. Es werden Pläne geschmiedet wie man zukünftig die Bahn betreiben soll und wie man das noch höher gelegene Kurhaus (Grand Hotel Dolder, Kurhausstrasse 65) besser erschliessen kann.

Die Lösung wurde im Bau einer neuen Zahnradbahn gefunden. Das Vorhaben und die zugehörige Betriebskonzession wurde der neu gegründeten Dolderbahn-Betriebs-AG von der Bundesversammlung am 4. Juni 1971 bewilligt. An dieser neu gegründeten Gesellschaft beteiligt sich die Stadt Zürich mit 50 %.

Eine Komplettsanierung im Jahre 2004 legt den Bahnbetrieb während 3½ Monaten still. Die Haltestellen werden während diesen aufwändigen Bau- und Unterhaltsarbeiten von Bussen vom Strassennetz aus bedient.

Als absolutes Novum wird bei der Ausweichstelle (Höhe Hauserstrasse) eine Schwenkweiche eingebaut. Die Bahn hat eine Gesamtlänge von 1328 m und überwindet auf ihrer Fahrt eine Höhendifferenz von 162 m (ungefähr 19% Steigung).

Der Bahnbetrieb verläuft täglich durchschnittlich im 10-Minuten-Takt zwischen 0620 und 2330 Uhr. Die beiden Fahrgastwagen bieten Platz für ungefähr 100 Personen und werden von je einem Wagenführer bedient.