La Sassari-Sorso è la più breve delle linee attive in Sardegna, venne inserita all'interno della concessione del 1927 per dotare il Nord dell'isola di nuove linee ferrate a scartamento ridotto. La linea venne progettata dall'Ing. Diego Murgia per conto della Società Anonima Ferrovie Settentrionali Sarde e venne inaugurata il 12 maggio 1930.
Tre anni dopo l'apertura della linea, la Sassari-Sorso passò alle Strade Ferrate Pugliesi, che vennero rinominate Strade Ferrate Sarde, che la gestiranno per poco meno di sessant'anni.
Negli anni sessanta sulla linea fecero la loro comparsa i primi mezzi a trazione diesel e nel 1989 la ferrovia passò al compartimento sassarese delle Ferrovie della Sardegna, nate dalla fusione delle SFS con le Ferrovie Complementari della Sardegna.
Negli anni novanta vennero realizzati alcuni lavori di rettifica nel tracciato: vennero costruiti tre viadotti che andarono ad eliminare i tratti più tortuosi della linea, ciò ridusse il percorso di circa un chilometro e si abbassò il tempo di percorrenza a circa un quarto d'ora.
Dall'11 settembre 2009 il tratto Sassari-Santa Maria di Pisa della linea per Sorso è diventato l'ampliamento della metropolitana di superficie di Sassari percorsa dai treni elettrici Sirio. In tempi non lontani l'intera linea per Sorso potrebbe essere elettrificata.
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