A vasútépítés az Egyesült Királyságban a 19. század elején vette kezdetét. 1854-re hat különböző pályaudvar készült el közvetlenül a belváros peremén: London Bridge, Euston, Paddington, King’s Cross, Bishopsgate és a Waterloo. Ekkor a Fenchurch Street pályaudvar az akkori City of London területén helyezkedett el. A közúti forgalom jelentősen megnövekedett a város környékén részben azért, mert a vonattal közlekedő utasok közúton folytatták az utazásukat a város központjába. Az ötlet, mely szerint földalatti vasúttal volna célszerű összekötni a City of London körzetét a jelentősebb pályaudvarokkal már az 1830-as években megszületett, azonban azt nem vették fontolóra egészen az 1850-es évekig, amikor is úgy gondolták, hogy megoldást jelenthet a megemelkedett közúti forgalom problémájára.
 
1854-ben a parlament elfogadott egy törvényt, mely kezdeményezte egy földalatti vasútvonal építését a Paddington pályaudvar és a Farringdon Street között a King’s Cross pályaudvar érintésével. Ezt hívták Metropolitan Railwaynek. A Great Western Railway (GWR) vasúttársaság adta a tőkét a projekthez. Megállapodás született arról, hogy egy elágazást iktatnak a vasútvonalban, amely közvetlen kapcsolatot biztosít a Paddington pályaudvarral, ami a GWR fővonalának londoni végállomása volt. A vasúttársaság beleegyezett abba is, hogy az új földalatti vasúthoz speciális szerelvényeket tervezzenek.
 
Financiális okok miatt az építkezések éveket késtek. A tény, hogy egyáltalán a projekt elkezdődött lényegében Charles Pearson közbenjárásának köszönhető, aki akkor a City of London Corporation ügyvédje volt. Több éven át támogatta a földalatti vasút megépítésének gondolatát: azt javasolta, hogy a belváros – higiéniai körülményeiben aggályos – nyomornegyedeit fel kell számolni, a lakóknak új életteret létrehozni a város szélén, ahová az újonnan kiépített vasútvonal biztosítaná az összeköttetést munkahelyeiktől, azaz a belvárostól. Noha soha nem vett részt közvetlenül a Metropolitan Railway működtetésében, mégis neki tulajdonítják annak megszületését, mint aki elsőként megálmodta a koncepciót. 1859-ben Personnak sikerült meggyőznie a City of London Corporation-t a tervek anyagi támogatásában, így 1860-ban a munkálatok megkezdődtek John Fowler főmérnök felügyeletében. Pearson még az építkezések befejezése előtt meghalt.
 
1863. január 10-én a Metropolitan Railway megnyílt az utazóközönség előtt. Néhány hónap leforgása alatt a naponta szállított utasok száma elérte a 26 000 főt. A Hammersmith and City Railway vonal 1864-ben nyílt meg Hammersmith kerület és a Paddington pályaudvar között. Az üzemeltetés kezdetben a GWR feladata volt Hammersmith és a Farringdon Street között. 1865 áprilistól az üzemeltetést a Metropolitan vette át. 1865. december 23-án megnyílt a Metropolitan Moorgate Street-ig tartó keleti vonalszakasza. Még ebben az évtizedben további szakaszokat nyitottak meg a Swiss Cottage, South Kensington és Addison Road, valamint Kensington (ma Kensington Olympia) állomásokig.
 
A földalatti kezdetben dupla nyomtávú volt, amely lehetővé tette, hogy GWR társaság széles nyomtávú szerelvényei, valamint a sokkal szélesebb körben használt standard nyomtávú szerelvények is közlekedhessenek. A GWR-rel való érdekellentétek később a Metropolitan társaságot arra késztették, hogy átállítsa a közlekedést standard nyomtávúra, miután 1863-ban a GWR megszüntette a teherszállítást a vonalakon. Később a nézeteltéréseket sikerült rendezniük, azonban a széles nyomtávot felszámolták a hálózat teljes hosszán.
 
1868. december 24-én a Metropolitan District Railway társaság megnyitotta a vonalát Westminster és South Kensington között, melyen a Metropolitan Railways szerelvényei üzemeltek. A vállalatot (amely később csak District néven vált ismertté) 1864-ben azzal a céllal hozták létre, hogy megvalósítsa London körül a tervezett Inner Circle-t (Belső körvonal) összekötve a Metropolitan vonallal. Ez annak a tervnek volt része, amely az Inner Circle, valamint az Outer Circle (Külső körvonal) létrehozását tartalmazta.
 
Később heves rivalizálás alakult ki a két társaság, jelesül a District és a Metropolitan között. Mindez jelentős késedelmet okozott az Inner Circle projekt haladásában, hiszen mindkét társaság azzal volt elfoglalva, hogy hatékonyabb, illetve nyereségesebb vonalakat létesítsenek London külvárosi övezetében. A London and North Western Railway (LNWR) társaság 1872-ben kezdte működtetni vonatait az Outer Circle részeként a Broad Street és Mansion House között a Willesden Junction, Addison Road és Earl’s Court érintésével. Az Inner Circle építése egészen 1884-ig húzódott a Metropolitan és District vonalak közös működtetésével. Eközben a District befejezte a vonalszakaszát West Brompton és Blackfriars között átszállási lehetőséggel a Metropolitan vonalra South Kensington állomásnál.
 
1877-ben megnyitotta a vonalát Hammersmith és Richmond között egy, a London and South Western Railway (LSWR) társaság által eredetileg 1869-ben épített pályáján. Később újabb vonalszakaszt nyitott meg Turnham Green és Ealing között 1879-ben, amit kibővített Fulhamig 1880-ban a West Brompton szakasz részeként. Ugyanebben az évtizedben a Metropolitan vonalat meghosszabbították Harrow-on-the-Hill állomásig Észak-nyugaton.

Az eredeti alagutakat az úgynevezett „cut-and-cover” módszerrel építették (a felszíni talaj kiásását követően a keletkezett vájatot befedték, mint a budapesti Millenniumi Földalatti esetén is). Ez a módszer azonban nagy felfordulást okozott, hiszen a vonal mentén álló felszíni épületeket le kellett bontani. Az első vonatok gőzmozdony vontatásúak voltak, ami megkövetelte a hatékony szellőzést (füstelvezetés) a felszín felé. A vonal bizonyos pontjain kialakított szellőzőnyílások lehetővé tették a nagy teljesítményű ventilátoroknak, hogy az alagútból kifújt füstöt a felszínre juttassák, helyére pedig friss levegőt pumpáljanak. Egy ilyen szellőzőnyílás áll ma a Leinster Gardens utca 22. szám (W2, Bayswater negyed) alatt. Hogy az utca megőrizze a patinás jellegét, egy másfél méter vastag beton homlokzatot kapott a szellőzőnyílás, amely ránézésre egy átlagos utcabeli ház (az ablakokat szürkére festették, a főbejárat pedig csak álca).
 
1869. december 7-én a London, Brighton and South Coast Railway társaság (LB&SCR) megnyitotta vonalát Wapping és New Cross Gate között (East London Railway) a Temze-alagúton át, melyet Marc Brunel tervezett egy forradalmi módszer (az úgynevezett alagútpajzsmódszer) kidolgozásával. Ez az alagút eredetileg 1843-ban a gyalogos forgalom számára épült a Temze alatt, azonban 1865-ben az ELR (hat vasúttársaságot tömörítő konzorcium) megvásárolta és vasúti alagúttá alakította át. 1884-ben a District és Metropolitan vonalak járatokat kezdtek üzemeltetni ezen a vonalon.
 
Az 1880-as évek végére a földalatti vasútrendszer elérte Chesham-et a Metropolitan vonalon, Hounslow, Wimbledon és Whitechapel-t a District vonalon, és New Cross-t az East London vonalon. A 19. század végére a Metropolitan kiterjesztette a vonalát London határán kívülre Aylesbury, Verney Junction és Brill állomásokig, a vonal mentén új külvárosi övezetek jöttek létre, melyeket Metro-landnek nevezett el később a társaság. Mindemellett egészen az 1930-as évekig a társaság vigyázott arra, hogy neve főként mint vasúti fővonal üzemeltető kerüljön a köztudatba, semmint városi vasút-üzemeltetőé.