La ligne Vichy-Darsac est classée comme chemin de fer d'intérêt général.
Elle a été ouverte par tronçons successifs : en novembre 1881, les sections de Vichy à Puy-Guillaume et de Puy-Guillaume à Courty sont ouvertes au trafic ; la petite section entre Courty et Pont-de-Dore, qui fait également partie de la ligne de Clermont à Saint-Etienne, était déjà en service depuis mai 1872.
En juin 1883, le tronçon de Pont-de-Dore à Giroux ouvre à son tour, puis celui de Giroux à Ambert en juillet 1885 (ces deux sections avaient été concédées au PLM par convention en juillet 1868) ; la section d'Ambert à Arlanc, après avoir fait l'objet d'une convention de concession avec le PLM en août 1886, est inaugurée en mai 1893 ; enfin, plus tardivement, en septembre 1902, les tronçons d'Arlanc à Saint-Sauveur-la-Sagne, de Saint-Sauveur à Saint-Alyre-d’Arlanc, de Saint-Alyre à Sembadel et de Sembadel à Darsac ouvrent à l'exploitation (Sembadel - Darsac avait fait l'objet d'une convention de concession avec le PLM bien antérieurement, en août 1886).
Avant fermeture de la ligne, le trafic faisait halte dans les gares de Vichy, Saint-Yorre, Ris - Châteldon, Puy-Guillaume, Noalhat, Courty, Pont-de-Dore, Courpière, Giroux, Olliergues, Vertolaye, Ambert, Marsac-en-Livradois, Arlanc, Mayres, Saint-Sauveur-la-Sagne, Saint-Alyre-d’Arlanc, Sembabel, le Lac-de-Malaguet, Allègre, Céaux-d’Allègre, Darsac.
Peu à peu, les différents tronçons vont cessés d'être exploités par la SNCF : les premières sections à être fermées sont celles comprises entre Vichy et Courty, au nord de la ligne, et celles entre Arlanc et Darsac à l'extrémité sud, qui ferment au trafic voyageurs en septembre 1971 ; la prise en charge du fret cessera elle, pour ces mêmes sections, en décembre 1971 entre Puy-Guillaume et Courty, en mai 1974 entre Arlanc et Saint-Alyre-d’Arlanc, en juin 1987 entre Saint-Alyre-d'Arlanc et Sembadel et en septembre 1992 entre Sembadel et Darsac.
Puis c'est au tour de la partie médiane de la ligne entre Pont-de-Dore et Arlanc, pour laquelle le transport des voyageurs n'est plus assuré à partir de septembre 1980 ; le transport des marchandises perdure quelques années de plus mais finit par y être interrompu lui aussi à partir de février 1988. Dès cette fermeture au trafic marchandises par la SNCF, l'exploitation de cette partie de la ligne est reprise par l'association AGRIVAP. Cette même association rétablit le trafic voyageurs entre Arlanc et Saint-Alyre-d’Arlanc en mars 1993.
En mars 2008, RFF (Réseau ferré de France) ferme la ligne à tous trafics entre Pont-de-Dore et Arlanc et entre Sembabel et Darsac, puis déclasse la section Pont-de-Dore - Arlanc en juillet de la même année ; cependant, cette section est rachetée à RFF par un SIVU (syndicat intercommunal à vocation unique) en juin 2009.
En 2015, la ligne Vichy - Darsac n'est plus exploitée, si ce n'est grâce à un train touristique l'été entre Courpière et la Chaise-Dieu (mis en place par l'association AGRIVAP-Les Trains de la Découverte ), et pour du transport de fret entre Vichy et Paslières, et entre Olliergues et Ambert, plus au sud.
Chercheure à l'Inventaire général du patrimoine culturel d'Auvergne-Rhône-Alpes.