Đoạn nối Tachikawa và Ōme được mở cửa vào năm 1894 bởi Công ty đường sắt Ōme với khổ 762 mm (2 ft 6 in), và kéo dài thêm 2 km chỉ phục vụ vận tải đến ga Hinatawada những năm sau đó. Các chuyến chở khách được kéo dài đến Hinatawada vào năm 1898, và tuyến được nâng cấp chạy khổ 1.067 mm (3 ft 6 in) vào năm 1908. Một đoạn vận tải mở rộng được mở đến Miyanohira năm 1914, và tới Futamatao năm 1920. Các chuyến chở khách được kéo dài đến Miyanohira năm 1923, cùng năm đó, toàn tuyến được điện khí hóa bằng dòng 1.200 V DC. Tuyến được kéo dài thêm tới ga Mitake năm 1929, đồng thời công ty chủ quản đổi tên thành Công ty Đường sắt điện Ōme và được tăng hiệu điện thế lên 1.500 V DC vào năm 1930. Các chuyến chở khách được kéo dài đến Mitake năm 1935.

Công ty bị quốc hữu hóa ngày 1 tháng 4 năm 1944, cùng năm đó đoạn từ Tachikawa đến Nagakami được nâng cấp thành ray đôi 2 chiều.

Công ty đường sắt điện Okutama xây dựng thêm một tuyến từ Mitake tới Hikawa (này là Okutama) trong khi bị quốc hữu hóa, và tuyến được mở cửa vào ngày 1 tháng 7 năm 1944, chính là Tuyến Ōme ngày nay.

Đoàn từ Nagakami tới Hajima được nâng cấp thành ray đôi 2 chiều năm 1946, và dịch vụ thông suốt tới Tokyo ra mắt năm 1949. Đoạn từ Hajima tới Higashi-Ōme được nâng cấp thành ray đôi 2 chiều giữa năm 1961 và 1962, hệ thống tín hiệu CTC được lắp đặt năm 1971, và các tuyến vận tải chấm dứt vào năm 1998.

Các tuyến kết nối trước đây

• Ga Okutama: Tổng cục nước Tokyo vận hành một tuyến dài 7 km nối tới đập Ogouchi từ năm 1952 đến năm 1957. Nó gồm hệ thống 23 hầm và 23 cầu. Năm 1963, nó được chuyển giao cho Công ty đường sắt Seibu, và chuyển giao tiếp cho Công ty Okutama Limestone Quarrying năm 1978, và mặc dù tuyến được biết đến với tên là Tuyến vận tải Mizune, nhưng tuyến này đã không được sử dụng một khoảng thời gian.[cần dẫn nguồn]