Die Bayerische Zugspitzbahn ist neben der Wendelsteinbahn, der Drachenfelsbahn und der Zahnradbahn Stuttgart eine von vier noch betriebenen Zahnradbahnen in Deutschland. Die meterspurige Strecke führt vom Garmisch-Partenkirchner Ortsteil Garmisch auf die Zugspitze, den höchsten Berg Deutschlands. Sie wird von der Bayerischen Zugspitzbahn Bergbahn AG (BZB) betrieben, einer Tochtergesellschaft der Gemeindewerke Garmisch-Partenkirchen. 2007 wurde die Zugspitzbahn für die Auszeichnung als „Historisches Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland“ nominiert.
Der Zugspitzgipfel ist alternativ auch mit der Seilbahn Zugspitze oder mit der Tiroler Zugspitzbahn erreichbar.
Seit Ende des 19. Jahrhunderts gab es Ideen, die Zugspitze mit einer Bahn zu erschließen. Dabei wurden verschiedene Konzepte von Standseilbahnen, Seilschwebebahnen und Zahnradbahnen angedacht, die jedoch alle an einer fehlenden Konzession oder an Geldmangel scheiterten.
1924 vom bayerischen Handelsministerium noch abgelehnt, wurde am 1. April 1928 einem Konsortium der Allgemeinen Lokalbahn- und Kraftwerke AG in Berlin, der AEG Berlin und der Treuhandgesellschaft AG in München eine Bau- und Betriebsgenehmigung für eine gemischte Adhäsions- und Zahnradbahn erteilt. Im Laufe der Detailplanung wurden einige Punkte gegenüber der ursprünglichen Planung geändert. So wurde der Endpunkt der Bahn nicht am Gipfel, sondern 350 Meter tiefer am Zugspitzplatt angelegt, der dann mit einer Seilschwebebahn mit dem Gipfel verbunden wurde. Ebenso wurde die Spurweite von ursprünglich 750 mm auf 1000 mm vergrößert und anstatt den Triebwagen mit gemischtem Adhäsions- und Zahnradantrieb des ersten Entwurfs lokbespannte Züge eingesetzt.
Die Bahn wurde in den Jahren 1928 bis 1930 in drei Abschnitten erbaut:
Aufgrund des schwierigen Grunderwerbs im Abschnitt Garmisch–Eibsee konnte dort der Bau erst im Sommer 1929 beginnen. An Kunstbauten ist das Überführungsbauwerk der Zugspitzbahn über die Außerfernbahn zu nennen, die aus einer Blechträgerbrücke mit zweimal 17,3 Meter Stützweite und einer Brückenrampe besteht. Das Ausbruchmaterial des direkt anschließenden Katzensteintunnels wurde zur Aufschüttung der Rampe verwendet. Des Weiteren besteht nahe dem Haltepunkt Kreuzeck-/Alpspitzbahn eine Überführung der Kreuzeckbahnstraße mit 9,9 Meter Stützweite in Eisenbeton-Bauweise. Eine weitere Unterführung wurde zwischen Grainau und Eibsee auf Höhe der Wagenhalle errichtet.
Im Abschnitt zwischen Eibsee und Riffelriß konnte bereits im Sommer 1928 mit den Arbeiten begonnen werden. Dort bereitete einerseits die große Neigung des Geländes Schwierigkeiten bei der Bauausführung, andererseits der kurze Tunnel bei Kilometer 13,0, da dieser durch eine noch nicht zur Ruhe gekommene Mure geführt wurde. Im Anschluss an den Tunnel wurde ein 12 Meter hoher Damm errichtet.
Die größte Schwierigkeit der gesamten Strecke stellte der Bau des 4,2 Kilometer langen Zugspitztunnels im dritten Abschnitt zwischen Riffelriss und Schneeferner dar. Dazu wurden als Vorarbeiten im Sommer 1928 das gesamte Gebirgsmassiv vermessen und ab Herbst 1928 mehrere Hilfsseilbahnen errichtet. Der Vortrieb des Tunnels konnte so von fünf Stellen gleichzeitig begonnen und am 8. Februar 1930 mit dem Durchbruch zum Schneeferner abgeschlossen werden.
Zuerst ging am 19. Februar 1929 das 3,2 Kilometer lange Mittelstück zwischen Grainau und dem Eibsee in Betrieb. Am 19. Dezember 1929 folgte der 7,5 Kilometer lange Abschnitt zwischen Garmisch und Grainau, wodurch auch der touristisch wichtige Anschluss an die Deutsche Reichsbahn hergestellt war. Am 8. Juli 1930 wurden schließlich auch die letzten 7,9 Kilometer zwischen dem Eibsee und der – mittlerweile aufgelassenen – Gipfelstation Schneefernerhaus feierlich freigegeben.
1987 wurde die Streckenführung im Gipfelbereich modifiziert, damals wurde der 975 Meter lange „Rosi-Tunnel“ eröffnet. Benannt ist er nach der Tunnelpatin, der Skisportlerin Rosi Mittermaier. Die Röhre zweigt im oberen Viertel vom bereits seit 1930 bestehenden Zugspitztunnel ab und führt zum etwas tiefer gelegenen Zugspitzplatt auf 2588 Metern. Dort befindet sich unter dem Restaurant „Sonn-Alpin“ der neue Gletscher-Bahnhof mitten im Skigebiet. Fünf Jahre lang wurden beide Endpunkte parallel bedient, seit November 1992 wird jedoch die alte Strecke zum Schneefernerhaus nicht mehr fahrplanmäßig befahren.
In den Jahren 1987 und 1988 wurde auch die Talstrecke saniert und für Geschwindigkeiten von bis 70 km/h ertüchtigt. Seitdem können die damals beschafften Doppeltriebwagen ihre Höchstgeschwindigkeit voll ausfahren. Dabei wurden die Gleisanlagen des Bahnhofs Garmisch zurückgebaut und die Bahnhöfe Kreuzeckbahn und Hammersbach zu Haltepunkten zurückgebaut. Im Bahnhof Garmisch existierte bis dahin südöstlich des Personenbahnhofs noch ein Überladegleis für Güter, zu dem ein Normalspur-Anschlussgleis vom Bahnhof Garmisch-Partenkirchen heranführte. Der Haltepunkt Rießersee wurde komplett aufgelassen.
Seit 1996 wird der Oberbau der Bergstrecke erneuert. Dabei wird das bisher verbaute Leiterzahnstangen-System Riggenbach durch das kompatible Lamellenzahnstangen-System Von Roll ersetzt.
Nach dem Unfall im Katzenstein-Tunnel wurde die komplette Strecke mit Signalen, Zugbeeinflussung und einem elektronischen Stellwerk der Firma BBR Verkehrstechnik aus Braunschweig ausgestattet.
In Grainau wurde 2000 ein überdachter Mittelbahnsteig gebaut, um den Umstieg zwischen den Tal- und den Bergzügen zu erleichtern. Der Bahnhof Eibsee wurde ebenfalls grundlegend modernisiert und erhielt dabei einen überdachten Mittelbahnsteig und eine Erweiterung des Empfangsgebäudes.
Der Zugspitztunnel wurde mit Brandschutztoren ausgerüstet, um im Falle eines Brandes einen Kamineffekt zu verhindern.
Zur Entlastung der Eibseestraße (Staatsstraße 2061) im Ortsgebiet von Grainau forderte die Lokalpolitik einen Ausbau der Bahnstrecke, um einen Teil des Verkehrs auf die Schiene zu verlagern. Vorgeschlagen wurde ein zweigleisiger Ausbau der Talstrecke sowie die Anschaffung neuen Rollmaterials. Nach Einschätzung der Verantwortlichen der Bayerischen Zugspitzbahn ist ein solcher Ausbau wirtschaftlich und technisch nicht darstellbar.
Der Unfall im Katzenstein-Tunnel ereignete sich am 10. Juni 2000 und war der schwerste Unfall in der Geschichte der Bayerischen Zugspitzbahn.
Die Zugspitzbahn beginnt im Ortsteil Garmisch auf einer Höhe von 705 m ü. NHN als Adhäsionsbahn in einem betrieblich komplett vom benachbarten Normalspurbahnhof der Deutschen Bahn AG getrennten Bahnhof. Auf den ersten drei Kilometern verläuft sie parallel zur seit 1913 bestehenden Außerfernbahn, um dann in einer ansteigenden Kurve mit einer Blechbalkenbrücke die Staatsbahn zu überqueren. Im Anschluss mündet die Strecke im Katzensteintunnel und führt von dort zu den Seilbahnen Kreuzeckbahn und Alpspitzbahn. Von dort verläuft die Strecke recht geradlinig und leicht abfallend zum Grainauer Ortsteil Hammersbach. Sie umfährt den Fuß der Waxensteine und durchquert den Ort Grainau. Im Bahnhof Grainau endet die Adhäsionsstrecke nach 7,5 Kilometern mit dem Beginn der Bergstrecke. Dort befindet sich auch der betriebliche Mittelpunkt der Bahn mit der Wagenhalle. An der Wagenhalle vorbei führt die Strecke weiter zur Christlhütte und von da an parallel zur Eibseestraße, wobei Steigungen bis zu 150 ‰ überwunden werden. Im Anschluss an die Station Eibsee führt die Strecke mit bis zu 250 ‰ Steigung durch den Zugwald und durchquert mit einem kurzen Tunnel eine Mure. Direkt nach dem Tunnel führt die Bahn in einem engen Bogen über einen 12 Meter hoch aufgeschütteten Damm. Nach dem Haltepunkt Riffelriß mündet die Strecke im 4,5 Kilometer langen Zugspitztunnel. Die Tunnelstrecke führt in mehreren Schleifen aufwärts Richtung Zugspitzplatt. An der Abzweigstelle im Tunnel teilt sich die Strecke auf, einerseits in den alten Tunnel zum Schneefernerhaus, andererseits in den neuen Rosi-Tunnel zum Sonnalpin. Beide Bahnhöfe sind als unterirdische Kopfbahnhöfe ausgeführt. Der Zahnstangenabschnitt war ursprünglich 11,1 Kilometer lang und verlängerte sich durch die Eröffnung des neuen Tunnels zum Sonnalpin auf 11,5 Kilometer, die Strecke insgesamt auf 19,0 Kilometer.