A londoni metrót eredetileg azért találták ki, hogy egy gyors tömegközlekedési eszköz létrehozásával a peremkerületekbe szorítsák a belvárosi nyomornegyedeket. Az új, formabontó közlekedési eszköz már kezdetben is népszerűnek bizonyult, máig tartó hatása lett a modern nagyvárosok arculatára.
London lakossága hihetetlen ütemben növekedett a 19. században. Míg 1801-ben még valamivel egymilliónál kevesebben éltek a városban, a 20. század elején már nagyjából 6,5 milliónyian. Ez a népességrobbanás többek között a város közlekedési hálózatára is hatalmas nyomást helyezett. Az egyik fő probléma az volt, hogy a belváros pereméhez közel fekvő pályaudvaroktól a befelé vezető utcák teljesen bezsúfolódtak a gyalog vagy kocsin dolguk után igyekvő emberektől. Az is gondot jelentett, hogy közlekedési lehetőségek híján lehetetlennek tűnt felszámolni a belváros szélein elterülő nyomornegyedeket, amelyek amellett, hogy a gyarapodó-gazdagodó polgárok komfortérzetét zavarták, a város terjedését is akadályozták.
A helyzet különösen északi és nyugati irányból volt kritikus, a Paddington és a King’s Cross pályaudvar ugyanis ráadásul még viszonylag messze is feküdt a központtól. Ezért aztán már az 1830-as években felmerült, hogy egy föld alatt vezetett vasúttal kössék össze ezt a két állomást a belvárossal. Azonban a terv megvalósulását a pénzügyi nehézségek mellett az is akadályozta, hogy ehhez szükség lett volna a magánkézben lévő vasúttársaságok egymással és a várossal való együttműködésére is.
A brit parlament 1855-ben fogadta el a fővárosi föld alatti vasútvonal építésére vonatkozó törvényjavaslatot. Erre szükség is volt: Londonban akkortájt naponta 750 ezer munkásnak kellett eljutnia a munkahelyére. A föld alatti vasút ambíciózus ötlete egy brit parlamenti képviselő, Charles Pearson nevéhez fűződik. A City of London Corporation jogi képviselőjeként Pearson volt a földalatti első számú lobbistája; úgy vélte, ha az emberek gyorsan utazhatnának, nem kellene közel lakniuk a munkahelyükhöz, így a belvárosi nyomornegyedek is eltűnhetnének.
A technikai feltételek adottak voltak: a modern villamosok elődjeinek számító gőzhajtású vasútvonalakat három évvel korábban, 1852-ben helyezték üzembe Londonban. A város felépítése miatt ez viszont nem biztosíthatta a gyors felszíni közlekedést. Pearson radikális ötlete az volt, hogy a vasútvonalakat vigyék a föld alá, így biztosítható lenne a szerelvények gyors haladása. A kor viktoriánus írói és az újságok nem lelkesedtek az ötletért: sokan sötét, zajos alagutakat vizionáltak, ahol patkányok, beázó szerelvények, csípős füst és mérgező gázok keserítenék meg az utasok életét.
Az építkezés kezdete éveket csúszott, mivel nem sikerült támogatókat találni a projekthez. A kivitelezést végül a Great Western Railway (GWR) finanszírozta, a vállalat a metróhoz speciális kocsikat is épített. A metró első szakaszának megépítése három évet vett igénybe – sajnálatos, hogy maga Pearson nem érte meg az átadást. A világ első metróvonala Paddington Station és a Farringdon Street között húzódott, King's Crosst érintve; ez volt a Metropolitan Railway, ami három fontos vasúti csomópontot kötött össze.
A Metropolitan Railway ünnepélyes megnyitója 1863. január 9-én zajlott, és az utazók egy nappal később szállhattak fel az első szerelvényre. A metróvonal 3,5 mérföld (5,6 kilométer) hosszú volt, magát a szerelvényt pedig egy több tonnás motorokkal felszerelt mozdony vontatta, ami körülbelül ezer gallon (4500 liter) vizet szállíthatott az oldaltankjaiban. A kivitelezők kénytelenek voltak a szűk, sötét alagutakban speciális gőzmozdonyokat használni; bár kísérleteztek sűrített levegővel hajtott szerelvényekkel is, ez végül nem vált be, mert folyamatosan szivárgott belőlük a levegő.
Az utasok első- másod- és harmadosztályú jegyet válthattak. Első osztályt többnyire a hivatalnokok használták, a másodikat a középosztály, a harmadosztályt pedig bárki, aki gyorsan akart eljutni az egyik állomásról a másikra. A Metropolitan Railway hatalmas sikert aratott: első nap 38 ezer utast szállított, az első évben pedig összesen 9,5 millióan utaztak a gőzmozdonyok miatt fullasztóan füstös alagutakon keresztül céljuk felé. A negyedóránként induló szerelvények tizennyolc perc alatt tették meg az utat – körülbelül ugyanannyi idő alatt, mint ma.
A Metropolitan vonalán hamarosan 26 ezer ember utazott minden nap, így a sikerre való tekintettel egy évvel később, 1864. június 13-án megnyitott a Hammersmith and City Railway is, ami Hammersmith és Paddington között közlekedett. Tucatnyi vasúttársaság, befektető és önkormányzati, illetve állami cég együttműködésére volt szükség, hogy a londoni metróhálózat megfeleljen a továbbra is rohamosan bővülő világváros igényeinek.
A metróépítésen kétezer munkás dolgozott, akik főleg kézi erővel vájták ki az alagutakat. Az építkezésen húsz láb széles alagutakat vájtak, amelyekbe két sínpárt fektettek, majd téglával borították a vájatok tetejét: ez volt a cut & cover (kiásás-befedés) módszere. Ezt főleg az alacsony mélységben húzódó alagutak esetében alkalmazhatták.
A gőzmozdonyok vontatta szerelvények esetében kritikus pont volt a szellőztetés megoldása, így egyes helyeken a felszínre kellett vinni a járatokat, hogy az alagútban ne rekedjen meg a füst. A londoni metró egyik emblematikus pontja a Notting Hillben található Lemister Garden 23-24: az itt található házakat lebontották, hogy elvezethessék mögötte a metróvonalat. A lebontott épületeket látszólag pótolták, de az itt látható házsor mutatós utcafrontjára valójában csak felfestették az ajtókat és az ablakokat.
A cut & cover módszerrel összesen négy vonalat építettek: így készült a District, az East London, a Hammersmith & City és a Metropolitan. Akkoriban még nem voltak mozgólépcsők, így a mélyebben fekvő állomásokat csak lifttel lehetett megközelíteni; ekkorra tehető az első, több utast is szállító, strapabíró teherliftek megjelenése is. A kivitelezők magas csigalépcsőket is építettek, de ezek csak vészkijáratként szolgáltak.
Hogy mélyebben is fúrhassanak alagutakat, a kivitelezők a cut & cover módszer helyett hamarosan a tunneling shieldet, azaz a pajzsos alagútfúrást kezdték alkalmazni. Maga az ötlet Sir Marc Isambard Brunel nevéhez fűződik, aki már 1818-ban is sikerrel használta a technikát, de a metróépítéshez csak azután kezdték használni, hogy egy civil mérnök, Peter W. Barlow tökéletesítette a módszert – ebben nagy segítségére volt tanítványa, James Henry Greathead. A Barlow-Greathead pajzsos alagútépítéssel a munkások biztonságban dolgozhattak fúrás közben, mivel a mozgó dúcként használt pajzsok megvédték őket attól, hogy rájuk szakadjon a föld ásás közben, és az előrehaladás közben megépíthették a végleges támasztékokat is.
A pajzsos alagútépítésre azért volt szükség, mert a kivitelezők a Temze alatt is metróvonalat akartak építeni. A XIX. században azonban veszélyes volt nagy mélységben fúrásokat végezni: a kísérletek sokszor kudarcba fulladtak, nem ritkán emberéletet is követeltek. A mai East London Line, amit akkoriban Temze-alagútként emlegettek, Brunell találmányának köszönhetően jöhetett létre; ez volt az első sikeres alagútfúrási kísérlet a folyó alatt. A későbbi munkálatokat megkönnyítette, hogy Greathead kitalált egy új, a sűrített levegő erejét fölhasználó alagútfúrási módszert, amivel hatékonyabban áshattak a felszín alatt.
A költséges és bonyolult cut & cover módszert a villamosítás térnyerésével párhuzamosan egyre gyorsuló ütemben válthatta föl a pajzsos alagútfúrás. Az elektromossággal hajtott szerelvények alagútjait nem kellett a felszín közelébe építeni, mivel nem volt füst sem, aminek távoznia kellett volna. Az első elektromos metróvonalat 1890-ben építették, míg az első elektromos mozdonyt az amerikai General Electric Company tervezte. A szerelvény darabjait dobozokban szállították Angliába, az összeszerelést Londonban végezték el – igaz, a munkálatokat némileg megakasztotta, hogy szállítás közben az egyik doboz a Temzébe zuhant, és ki kellett halászni az összeszerelés előtt.
Az elektromossággal hajtott vonat nem számított újdonságnak, de a rendszert főleg villamosokon használták. Később a működéshez szükséges eszközöket mozdonyokba is szerelhették, de korábban problémát jelentett, hogy akkora járműveket mozgassanak meg az elektromosság erejével, mint egy metrószerelvény. Az első átadott vonalon az erőműtelepek elosztása sem volt optimális: többször előfordult, hogy az áramot biztosító telepektől eltávolodva csökkent a mozdony működtetéséhez szükséges áramerősség, ami a szerelvény leállásához vezetett.
A metróvonalak villamosítását mindez azonban nem akadályozta meg. Ekkoriban vezették be a Multiple Unit Control (MU) rendszerét is: míg korábban problémát jelentett, hogy a végállomásra beérve a szerelvénynek új mozdonyt kellett csatolni a végére, hogy megfordulhasson, az MU-rendszerű járműveknél két-két motort szereltek a szerelvények mindkét végére, az utasok kocsija alá. A vezetőnek így csak át kellett sétálnia a szerelvény egyik végéből a másikba, hogy máris elindulhasson az ellenkező irányba. A villamosítással párhuzamosan a gőzüzemű rendszerek egyre inkább kiszorultak a peremvárosokba.
A villamosítás és a terjeszkedés pénzbe került, így a várostervezők befektetőket kerestek az új vonalak létesítéséhez. Ekkor tűnt fel a színen Charles Yerkes, egy amerikai iparmágnás, aki korábban a chicagói villamosvonalak fejlesztésében is részt vett, és biztosította a londoni metróvonalak villamosítását, beleértve a finanszírozást és a kivitelezést is.
Charles Yerkes ellentmondásos megítélésű figura. Az amerikai tőzsdén is dolgozó Yerkest korábban 33 havi börtönbüntetésre ítélték az Egyesült Államokban, amiért közpénzt kockáztatott egy tőzsdei spekulációban, és elveszítette az elsikkasztott pénzt. Hogy megússza a börtönt, Yerkes megpróbált megzsarolni két befolyásos pennsylvaniai politikust, de nem sikerült neki. Mivel azonban a kiszivárgott információk nagy kárt okozhattak volna, egyesek, köztük Ulysses Grant is úgy látták jónak, hogy érdemesebb megegyezésre törekedni. A politikusok megállapodtak Yerkesszel, aki visszavonta a vádakat, így hét hónapra csökkentették a börtönbüntetését.
Bár az előélete alapján akkoriban mindenki joggal gondolhatta, hogy Yerkest jobb lenne kihagyni a metróprojektből, a londoni metró építésében kétségkívül komoly érdemeket szerzett. Yerkes 1900-ban megszerezte a Charing Cross, az Euston és a Hampstead Railway (CCE&HR) építésének jogait – ezek ma a Northern Line-hoz tartoznak. Egy évvel később, 1901. július 15-én átvette az irányítást a District fölött, és megalapította a Metropolitan District Electric Traction Company-t (MDET).
A vállalat jelentős szerepet vállalt a londoni metró kibővítésében: hozzájuk tartozott a Baker Street & Waterloo Railway, a Charing Cross, az Euston and Hampstead Railway és a Great Northern, Piccadilly & Brompton Railway is. Egy évvel később nevet változtattak, és Underground Electric Railways Company of London (UERL) néven futottak tovább. Az UERL megszerezte a körzethez tartozó három villamosvonal működtetési jogát, és fölvásárolta a London General Omnibus Companyt is; az így létrejött közlekedési vállalatot Combine-nak nevezték el. A Combine 1930-ig meghatározó pontja volt a brit főváros metróépítési projektjeinek. Az is az ő érdemük, hogy az utaslétszám növelése érdekében rávették a metróépítőket és az üzemeltetőket, hogy egy egységes néven kezdjék el reklámozni a metróvonalak szolgáltatásait – így született meg a mai napig használt, világszerte ismert Underground név.
A londoni metró százötven éves évfordulóját a városvezetés egy nosztalgiajárat beindításával ünnepli; január tizedikén ez fog közlekedni a metróvonal elsőként megépített állomásai között. Ehhez arra is szükség volt, hogy restauráljanak egy 1898-ban épített gőzmondonyt, az 54 tonnás Met-1-et, ami a szerelvényt vontatja. Az 1892-ben gyártott, Metropolitan Railway Jubilee Carriage 353-as típusú kocsit szintén a projekt kedvéért újították föl, akárcsak a második vagont, az 1899-ben rendszerbe állított Cheshamet. A különjárat kedvéért ismét üzembe állítanak egy elektromos mozdonyt, az 1922-ben épített Sarah Siddont is.
A tömegközlekedési vonalak mellett a metróállomások arculata is egységessé vált. A metróállomások stílusát a XX. század elején Leslie Green, egy angol építész határozta meg; az ő nevéhez fűződik az Edward-stílusú, dombornyomású csempékkel borított fal, amik a Piccadilly, a Bakerloo és a Northern-vonalak állomásain tűntek föl. Green koncepcióját Charles Holden fejlesztette tovább, aki a húszas és harmincas években art deco motívumokkal gazdagította az állomásokat. A mai napig használt, híres logó, a roundel először 1908-ban tűnt föl. A piros körön keresztbe fektetett kék hasáb – amit az állomások falaira festettek fel – alapötlete a London General Omnibus Company logójából származik; ez 1912-től további finomítások során nyerte el mai formáját.
A tömegközlekedés forradalmasításán túl a londoni metróvonalak fejlődése a tudatos várostervezésre is pozitívan hatott. Charles Pearson terve eredetileg az volt, hogy a nyomornegyedeket a peremkerületekbe száműzze a belvárosból; bár a terv sikerült, a metróvonalak mellett további városnegyedek is kialakultak. Hampstead Garden elővárosa például nem jöhetett volna létre a londoni metró, illetve két, áldozatos munkát végző várostervező, Barry Parker és Sir Raymond Unwin – ők ugyanis felismerték, hogy milyen lehetőségek rejlenek a tudatos városfejlesztésben. Az ő eredményességük azonban a metróvonalak nélkül mit sem ért volna. Hampstead Garden példája persze nem egyedülálló: az elővárosi vonalak és a földalatti vasutak elterjedésével az alvóvárosok világszerte egyre népszerűbb lakhellyé váltak.