L'embranchement Gretz - Coulommiers, d'une longueur de 33 kilomètres, est concédé à la Compagnie des chemins de fer de l'Est en même temps que la ligne Paris-Est - Mulhouse-Ville le 17 août 1853. La Compagnie ouvre la ligne de Gretz-Armainvilliers à Mortcerf (16 km) le 2 février 1861.
Le tronçon Mortcerf - Coulommiers (16 km) est ouvert le 2 avril 1863. Le prolongement jusqu'à La Ferté-Gaucher ouvre le 14 août 1881. Enfin le 5 novembre 1885, la ligne atteint Sézanne.
La ligne est d'abord réalisée à voie unique, mais elle est plus tard équipée de la double voie et du block Lartigue, lors du prolongement jusqu'à Sézanne.
En 1972, le trafic voyageurs est suspendu de La Ferté-Gaucher à Sézanne. En 2002, le trafic ferroviaire est également suspendu entre Coulommiers et La Ferté-Gaucher.
La ligne est électrifiée en 25 kV-50 Hz de Gretz à Tournan à partir du 13 décembre 1973, puis de Tournan à Coulommiers à partir du 24 janvier 1992.
La ligne a été déclassée de la Ferté-Gaucher à Meilleray (PK 91,160 à 102,508) le 22 mars 2000 et de Villeneuve-la-Lionne à Esternay (PK 102,508 à 115,470) le 10 avril 1996.
La réouverture du tronçon fermé entre les gares de Coulommiers et de La Ferté-Gaucher est inscrit en phase 3 (horizon 2021-2027) du Schéma directeur de la région Île-de-France (SDRIF), adopté par délibération du Conseil régional d'Île-de-France le 25 septembre 2008.
La ligne s'embranche sur la ligne Paris - Mulhouse à Gretz-Armainvilliers. Elle dessert Tournan-en-Brie puis passe sous la ligne à grande vitesse de Paris à Strasbourg à laquelle elle est reliée par un raccordement de service. Après avoir traversé la forêt de Crécy, Elle rejoint la vallée du Grand Morin à Dammartin-sur-Tigeaux. Elle dessert ensuite Coulommiers, ancienne sous-préfecture et terminus du trafic voyageurs. Elle poursuit jusqu'à La Ferté-Gaucher et continue par un parcours très sinueux en franchissant le Grand-Morin à onze reprises pour arriver à Esternay où elle croise l'ancienne ligne de Mézy à Romilly-sur-Seine. Après avoir traversé la forêt de Traconne, elle parvient à Sézanne où elle rejoint la ligne de Oiry à Romilly-sur-Seine.
Cette ligne était à l'origine entièrement à double voie. Elle a été mise à voie unique par étapes entre 1961 et 1962 sauf sur le tronçon Gretz - Tournan-en-Brie. Le tracé est assez sinueux avec des courbes de 400 m de rayon entre Mortcerf et Coulommiers, de 350 m entre La Ferté-Gaucher et Esternay et de 300 m au-delà. Les déclivités ne dépassent pas 10 ‰.
Il existe peu d'ouvrages d'art : le viaduc de La Vallée à la sortie de Mortcerf (3 arches) et celui de l'Aubetin entre Faremoutiers - Pommeuse et Mouroux (21 arches). Un tunnel de 540 m, celui de Vindey a été creusé peu avant Sézanne au point culminant de la ligne à 164 m d'altitude.
La gare de Tournan. | BB 17000 et Z 20500 en gare de Coulommiers. |