A honfoglalás ezeréves évfordulóját számos beruházással tervezték megünnepelni. A földalatti Balázs Mór, az 1889-ben létrejött Budapesti Villamos Városi Vasút Rt. (BVVV) vezérigazgatójának ötlete volt a tömegközlekedés nehézségeinek megoldására. 1893-ban tett javaslatáért nemesi címet is kapott, címerébe stilizált alagútbejárat került sínekkel, az elektromosságot jelző villámokkal és a vasút szárnyas kerekével.
A terveket a német Siemens és Halske cég a BVVV mérnökeinek bevonásával készítette. Az alagút az akkori Gizella - ma Vörösmarty - tértől a Városligetig húzódott, hogy biztosítsa a kiállítás megközelíthetőségét. Az építkezés engedélyét 1894. augusztus 9-én adták ki 1896. április 1-jei befejezési határidővel, a költségvetés 3,6 millió forintról szólt. A vasút azért épült a föld alatt, mert a városvezetés nem engedélyezte, hogy a reprezentatív, frissen elkészült Andrássy utat sínekkel és villamos szerelvényekkel csúfítsák el.
A vasút kivitelezését a tervező Siemens és Halske cégre bízták, a föld- és betonmunkákat Wünsch Róbert cége végezte. Mivel az idő sürgetett, az alagutat két irányból kezdték el ásni, az építkezésen olykor ezernél is többen dolgoztak, gyakran vasárnap is. Az alagút kéregvasútként, nyitott munkagödörrel, a kor legmodernebb technikájával épült.
A vasúti pálya betonteknőbe került, az alagút szélessége 6 méter, magassága 2,65 méter lett, mert el kellett férnie a nagykörúti csatorna fölött. A többrétegű, vízhatlan födémet acélgerendákra támaszkodó betonboltozat alkotta, amelyet középen, a két pálya között 3-4 méter távolságban szegecselt acéloszlopok tartottak. A zaj- és súlycsökkentés érdekében az Andrássy út fakocka burkolatot kapott. A mélyépítési munkák 472 napja alatt 134 ezer köbméter földet emeltek ki, 47 ezer köbméter betont és 31 ezer tonna acélt építettek be. A vezető főmérnök, Vojtek Ödön építési naplója rögzítette a váratlanul felmerült nehézségeket is, így a Bajza utcától a Városligetig feltörő talajvizet, amely ellen "szádfal" és víznyelő kutak építésével védekeztek.
A millenniumi földalatti az európai kontinens első földalattija volt (a londonit 1863-ban helyezték üzembe), de ez volt a világ első villanymeghajtású földalatti vasútja, érdekesség, hogy itt alkalmaztak először mozdony helyett motorkocsit. A 3689 méternyi pályából alagútban 3225 méter, a felszínen, a Városligetben 464 méter haladt. A megengedett 40 kilométeres óránkénti sebesség mellett a menetidő valamivel több mint 10 perc volt. A 20 forgóvázas kocsi baloldalt közlekedett, a 11 megálló közül az utolsó kettőnél, az Állatkertnél és a városligeti végállomásnál (a mai Széchenyi fürdő közelében) már a felszínen. A Városligetben, ahol az alagút kilépett a felszínre, épült meg Magyarország első vasbeton hídja, amely még mindig látható. Az állomások falait a Zsolnay-gyár barna és fehér csempéivel burkolták, a szecessziós lejáró házikókat az 1920-as években bontották el.
A földalattit 1896. május 2-án, a millenniumi ünnepségek keretében adták át a közönségnek, a 10 krajcáros jegyeket automatából lehetett megvenni. Május 8-án I. Ferenc József is végigutazott a számára készült királyi díszkocsin, és hozzájárult, hogy a földalatti a nevét viselje. (Az "udvari kocsinak" 1897 szeptemberében voltak ismét császári-királyi utasai: II. Vilmos német császár kíséretében ismét Ferenc József utazott rajta.)
A földalatti vasút felépítmény- és jelzőrendszere a maga korában a legkorszerűbbek közé tartozott. Az éves utasszám 1917-re már elérte a 11 milliót. A vasutat az 1920-as években újították fel először, majd az észak-déli metró Deák téri állomásának építésekor az állomást áthelyezték, az alagút egy részét kiiktatták - itt létesült a Földalatti Vasúti Múzeum.
Az 1972-73-as rekonstrukció alkalmával 1233 méterrel, a Mexikói útig hosszabbították meg, és a felszín alá helyezték pályáját, így a teljes 4,4 kilométeres vonal föld alá került. Az átépítés alkalmával kicserélték a biztosító berendezéseket is, ekkor - 1973 végén - tért át a földalatti a felszínen már 1941 óta alkalmazott jobb oldali közlekedésre. A régi kocsikat 23 háromrészes, csuklós Ganz-szerelvénnyel váltották ki, az állomásokat a műemléki védettség figyelembevételével újították fel.
A csaknem százéves vasutat 1995-ben teljesen felújították, megerősítették födémszerkezetét, tetőszigetelését. Az Oktogonnál kitérőt építettek, amely lehetővé teszi a vonal szakaszolását. A műemléki állomások belső felújítása korhű módon, az eredeti burkolatokkal és kialakítással történt. A millenniumi földalatti vasút 11 állomása közül 8 eredeti, 3 pedig a különböző vonalkorrekciók során létesült. Az 1996-os százéves ünnepre a járműveket is felújították.
A millenniumi földalatti - vagy ahogy az utasok emlegetik: a kis földalatti - 2002 óta az Andrássy úttal együtt a világörökség része. A metróvonalak kiépülése miatt M1-es számozást kapta, fejlesztésére, továbbépítésére születtek már tervek, de ezek kivitelezéséről még nem hoztak döntést.
