北回线为台湾“十大建设”之一。在北回线兴建之前，自花莲至台东的台东线一直都是独立营运，未能与西部干线相互连结。旅客往来台北花莲需于苏澳车站转乘公路局班车经由苏花公路，甚至搭乘往来基隆花莲两港的客船。苏澳端原本计划从苏澳车站沿今台湾水泥苏澳厂侧线延长至永乐车站，但因地区居民反对而改从南新城车站（今苏澳新站）起始，并新增永春车站（已废止）。

1973年，娜拉台风侵袭东部，造成交通严重受创。为了解决交通问题，因此研议了三个方案：拓宽苏花公路、另建双线公路以及兴建北回铁路。其中第三个方案所需费用比第二个方案低，效益也比较大。当时的台湾省政府主席谢东闵于会中报告后，并列入十大建设当中。同年12月25日，北回线正式动工，并于1980年2月1日全线通车。沿线筑有大、小桥梁共91座，隧道16座，全长达31,029米，其中观音隧道长7,740米，为当时全台湾最长的铁路隧道。