Con l'avvio della realizzazione della Cuneo-Saluzzo, si intensificarono le richieste di Dronero e delle valli Maira e Grana per ottenere la costruzione di una tratta ferroviaria che collegasse la stessa Dronero alla suddetta linea.

Nel 1901 il Comune di Dronero incaricò gli ingegneri Mario Vicary ed Ermanno Chiaves di elaborare il progetto della ferrovia Busca-Dronero. Quest'ultimo fu poi trasmesso, nel mese di novembre dello stesso anno, al Ministero dei Lavori Pubblici per l'approvazione.

Nonostante il continuo interessamento di Giovanni Giolitti, allora Ministro delle Finanze, la realizzazione di questa linea subì un notevole ritardo a causa di una serie di insuperabili difficoltà economiche. Bisognerà attendere il 7 dicembre 1909 affinché venga accordata al Comune di Dronero la definitiva concessione per la costruzione e l'esercizio della linea.

Fra il 1911 e il 1918, con non poche difficoltà, si effettuarono gli espropri dei terreni da destinare al sedime ferroviario, pagando tali appezzamenti, a volte anche a distanza di anni, con nulla o poco più.

Intanto, alla sovvenzione governativa si era aggiunta quella della Provincia di Cuneo, nonché quella dello stesso Comune di Dronero. Il progetto esecutivo fu approvato il 31 maggio 1910 e i lavori iniziarono il 9 marzo 1911 a cura dell'impresa del Cav. Antonio Boggio.

Dopo una visita di ricognizione effettuata l'11 settembre 1912 da parte di una commissione di tecnici, la linea venne attivata il 20 settembre successivo.

L'inaugurazione ufficiale fu posticipata al 13 ottobre per consentire al Presidente del Consiglio Giolitti di partecipare ai grandi festeggiamenti organizzati dal Comune di Dronero, ai quali però lo stesso Presidente non poté partecipare per sopravvenuti impedimenti. Il treno inaugurale partì da Torino con a bordo numerose personalità politiche. L'importo dei lavori ammontò a lire 1.781.000.

Era stata prevista, in origine, la sola fermata intermedia di Monastero-Pratavecchia (nel territorio comunale di Dronero), ma l'anno successivo all'inaugurazione della linea, dopo forti pressioni da parte del Comune di Busca, venne attivata anche quella di Castelletto il cui fabbricato sorse dai lavori di ampliamento del preesistente casello 6.

Una petizione sottoscritta da circa duecento abitanti del territorio compreso fra Busca e Dronero propose la trasformazione di dette fermate in stazioni abilitate al carico-scarico delle merci, al fine di agevolare l'attività agricola della zona. La proposta fu accolta grazie al sostegno di Giolitti. 

Durante gli ultimi anni di servizio per i viaggiatori, la stazione di Monastero-Pratavecchia vide diminuire il proprio traffico al punto che, per alcune corse, non fu più prevista la fermata.

Per molti anni era stata discussa la possibilità di un prolungamento della linea Dronero-Busca fino a Savigliano (con l'intento di collegare la Valle Maira a Bra) oppure fino a Fossano utilizzando, in entrambi i casi, un breve tratto della linea Cuneo-Saluzzo (da Busca fino a un bivio previsto nei pressi di Villafalletto) e coinvolgendo così anche l'abitato di Vottignasco. Entrambi i progetti, in concorrenza fra loro, furono però destinati a rimanere sulla carta.

Nonostante l'importanza che, all'epoca, venne attribuita alla realizzazione della ferrovia Busca-Dronero, essa fu tutto tranne che un collegamento importante, con solo tre coppie di treni al giorno alla sua apertura, poi salite a quattro negli anni '30, affidate alle locomotive a vapore 885, poi 875, 880 e, infine, alle automotrici ALn 556.

Queste ultime furono adibite a un servizio navetta fra le stazioni di Busca e Dronero, in coincidenza con i treni della linea Airasca-Saluzzo-Cuneo.

In diretta concorrenza alla ferrovia esisteva, già dalla fine dell'800, una tramvia che collegava Dronero con Cuneo (via Caraglio), su un percorso decisamente più breve. Facile immaginare come gran parte dell'utenza preferisse servirsi di quest'ultima. Passata la seconda guerra mondiale, che lasciò indenne la linea, il traffico viaggiatori salì a sei coppie di treni al giorno, sempre effettuati con le ALn 556.

Il boom della motorizzazione di massa dei primi anni '60 diede il colpo di grazia alla linea. Nonostante l'istituzione di corse dirette da e per Cuneo, il traffico viaggiatori restò modesto decretando, di fatto, la fine della linea medesima. Del resto, quest'ultima era del tutto fine a sé stessa, utile solo alla popolazione locale fino a quando non sono sorte valide alternative di trasporto. Erano anche cessate, da anni, le esigenze militari che rendevano la linea importante dal punto di vista strategico, vista la sua vicinanza alla Francia. Nemmeno la soppressione della tramvia Cuneo-Dronero fece aumentare il numero di viaggiatori che preferirono servirsi delle autocorse.

Il 19 luglio 1966, visto lo scarso traffico, venne sospeso il servizio viaggiatori e istituite le autocorse sostitutive, rispettando gli stessi orari dei treni, ma con la differenza che, transitando all'interno dei paesi, poterono servire un più ampio bacino di utenza. Sopravvisse ancora per diversi anni il servizio merci, in genere per il trasporto di legname, con la linea esercitata in regime di raccordo. Tale servizio, dopo l'utilizzo della vaporiera 880 (l'ultima corsa a vapore risale al 24 giugno 1975), sarà espletato da un locomotore diesel e riguarderà la tratta Cuneo-Dronero. Dal 1987, i carri merci saranno "carrellati" dalla stazione di Cuneo.

E pensare che una delle motivazioni a sostegno della costruzione di questa linea fu l'idea che potesse risollevare la difficile situazione economica della Cuneo-Saluzzo, in forte disavanzo! La linea Busca-Dronero, in effetti, non ha mai goduto di periodi felici, tant'è che il suo bilancio non è mai stato in attivo, nemmeno negli ultimi anni prima della chiusura, quando era adibita soltanto al trasporto merci. Nonostante fosse sovvenzionata da tre ditte per detto trasporto, la perdita era di circa 40 milioni lordi annui di vecchie lire. 

Il binario non è stato ancora smantellato (salvo l'innesto con la linea Cuneo-Saluzzo), ma risulta ormai notevolmente dissestato e ricoperto dall'asfalto in corrispondenza dei passaggi a livello. Malgrado ciò, la linea è stata formalmente dismessa solo con il D.M. 138/T del 31 ottobre 2000, in quanto "non più necessaria all'esercizio ferroviario". Il D.M. 973/T del 15 aprile 1987 (lo stesso che aveva soppresso la linea Airasca-Saluzzo e Mondovì-Bastia) aveva previsto la soppressione del servizio viaggiatori, ma non anche del servizio merci.

Anche il servizio sostitutivo F.S. inizia la sua parabola discendente: si passa dalle otto coppie di corse negli anni '70 alle cinque nel 1993, fino ad arrivare alla definitiva soppressione avvenuta nel 2000, quando in orario era rimasta una sola coppia al giorno.

Da alcuni anni a questa parte sono stati avanzati dei progetti di riutilizzo, in chiave turistica, delle ferrovie dismesse (e dei fabbricati ferroviari inutilizzati) del Piemonte, prima fra tutte la Busca-Dronero (si parlava, qualche anno fa, di una spesa di ripristino pari a quasi 20 milioni di euro), sulla scorta del successo che hanno avuto iniziative analoghe in Francia e in altri paesi nordeuropei.   

Per la Busca-Dronero era stato previsto l'utilizzo di draisine, un tempo impiegate anche per l'ispezione delle linee, per consentire ai turisti di percorrere, pedalando, il vecchio binario immerso nella natura. A questa iniziativa avrebbe dovuto affiancarsi la messa in servizio di un trenino a vapore che avrebbe rappresentato un'opportunità estremamente valida, come hanno dimostrato gli esperimenti tenutisi sulla tratta Saluzzo-Moretta.

In questo modo si sarebbe recuperata e conservata questa ferrovia che, in futuro, avrebbe potuto essere percorsa anche dai treni d'epoca del "Museo Ferroviario Piemontese" di Savigliano, offrendo così una gamma di proposte capaci di attirare nella nostra regione numerosi turisti, anche stranieri, con notevoli benefici per l'economia piemontese.   

Il deviatoio sulla linea Cuneo-Saluzzo (attualmente asportato), da cui aveva origine la ferrovia Busca-Dronero, si trovava a 576,67 metri dalla stazione di Busca (lato Cuneo), oltre il ponte in muratura sul torrente Maira costituito da tre campate ad arco di 10 metri di luce ciascuna.

Il tracciato della linea segue la sponda destra del torrente medesimo in un percorso privo di particolari asperità.

Proseguendo verso Dronero, s'incontrano le due stazioni intermedie di Castelletto di Busca (progr. 5+601 da Busca; alt. circa 543 s.l.m.) e Monastero-Pratavecchia (progr. 8+543 da Busca; alt. circa 574 s.l.m.), i cui fabbricati viaggiatori sono fronteggiati dal solo binario di corsa.

La stazione estrema di Dronero (progr. 11+954 da Busca; alt. circa 611 s.l.m.), collocata alla periferia della città (zona Oltremaira), risultava fin da subito sovradimensionata rispetto ai reali volumi di traffico. Dispone, infatti, di tre binari antistanti il fabbricato viaggiatori, oltre che di un ampio fascio di binari di scalo con magazzino per le merci e il piano caricatore sopraelevato. Si trovano anche una doppia rimessa per le locomotive (in testa ai binari), un serbatoio per il rifornimento d'acqua, una gru fissa ad azionamento manuale in ghisa e ferro e, infine, la sagoma limite di carico.

Al fabbricato viaggiatori sono annesse due pensiline metalliche, una lato binari e l'altra sul retro.

In passato erano presenti anche una piattaforma circolare per girare le locomotive del diametro di 5,5 metri e la bilancia. Era attivo, inoltre, un breve raccordo al servizio delle "Fabbriche Riunite Falci".

Questa linea, lunga 12,53 chilometri, è costituita da un binario semplice a scartamento normale e non è elettrificata. E' interessata da modeste opere d'arte, fra cui quattro ponticelli, e la sua pendenza media e massima risulta essere rispettivamente dell'11,1 e del 13,7 per mille con uno sviluppo dei tratti in curva del 26%.

Il peso assiale massimo consentito corrispondeva a 15 tonnellate, mentre la velocità massima era di 45 Km/h per le locomotive a vapore e di 90 Km/h per le automotrici.

L'armamento è costituito da rotaie del tipo "RM 30", in barre da 12 metri, e da traversine in legno. I passaggi a livello sono diciassette, di cui cinque di una certa importanza, mentre nove erano i caselli originari e sette sono gli attuali (di cui tre abitati o, comunque, ristrutturati).