Původně šlo o dva vagony, které po svahu pražského kopce jezdily na principu vodní převahy. Nádrž vagonu, který byl právě v horní stanici, se naplnila vodou a díky tomu byl těžší než stejný vagon v dolní stanici. Po odbrždění tak sjel těžší dolů a zároveň vytáhl nahoru spodní, připojený lanem.
Provoz původní lanovky skončil za první světové války. Znovu začala jezdit v roce 1932, kdy byla přestavěna na elektrický pohon. Strojní zařízení tehdy dodala firma ČKD, nové vozy vyrobila firma Ringhoffer, která se inspirovala slavnou Kotěrovou tramvají. Tu navrhl architekt Jan Kotěra počátkem 20. století v secesním stylu, využivala se hlavně ke slavnostním jízdám.
Ještě jednou se dráha na delší čas zastavila. V roce 1965 podemlela voda svahy Petřína a těžce poškodila celou trať. Pro Pražany to byla nečekaná událost. Spisovatel Andrej Gjurič na ni reagoval ve svém pohádkovém vyprávění pro děti, knize Kam běží modrá liška. Slepá holčička z Malé Strany tam hrou na flétnu musela poblázněné petřínské prameny, které lanovku strhly, uklidňovat.
Provoz byl tehdy přerušen na dvě dekády. Znovu se lanová dráha rozjela v polovině 80. let - s novým kolejištěm, opravenou strojovnou a novými vozy od firmy Tatra Studénka. Turistická atrakce využívaná navíc k běžné dopravě studenty ze strahovských kolejí se stala součástí pražské hromadné dopravy.
Horní stanice dráhy na vrchu Petřína, která vznikla podle návrhu architekta Františka Šrámka, vyniká díky svému konstruktivistickém stylu. Ve strojovně je také z velké části zachováno původní technické zařízení. Pozornost poutá také prostřední stanice, na svahu u restaurace Nebozízek.
Vlastníkem a provozovatelem lanovky je Dopravní podnik hlavního města Prahy. Od roku 2024 mají na Petřín jezdit nové vozy. Ve výběrovém řízení zvítězil návrh studia Anna Marešová Designers. Porota ocenila čistý a jednoduchý design i hravost vagonů v podobě mrkání a červenání světel při míjení vagonů. Symbolizovat má Petřín jako místo setkávání.
