Sa construction, dirigée par Paulin Talabot, permet à la ligne Avignon – Marseille de franchir le massif de l’Estaque juste avant son arrivée à Marseille. Le creusement de ce très long tunnel a été fait avant l’invention des moyens modernes de forage à partir de 24 puits d’attaque. La portion de la ligne de chemin de fer Avignon – Marseille entre la gare de Pas des Lanciers et Marseille a été ouverte à la circulation des trains le 15 janvier 1848. Cet ouvrage est aussi le tunnel ferroviaire français dont le creusement fut le plus meurtrier. Sur 8500 ouvriers qui travaillèrent sur le chantier, 300 trouvèrent la mort et 400 autres furent grièvement blessés. Il faut toutefois préciser que les terrains traversés étaient particulièrement instables. Les éboulements étaient constants et il a fallu procéder à diverses consolidations périphériques pour pouvoir maintenir la galerie en place. Des opérations extrêmement difficiles compte tenu des moyens techniques de l’époque.
Mais de ce chantier chaotique gangrené par des sols particulièrement instables, des trésors insoupçonnés émergèrent au grand jour grâce au travail de Phillipe Matheron, le responsable du percement du tunnel et le père de la géologie provençale.
Dans ces entrailles, il fit d’incroyables trouvailles…la première découverte d’ossements de dinosaures de l’histoire de la paléontologie française ! « Un reptile monstrueux » seront les termes employés par Matheron. Des fragments d’œufs et des os de 180 cm seront notamment mis à jour, certainement le cubitus d’un dinosaure sauropode. Cette famille de quadrupèdes herbivores comprenait le brachiosaure, le diplodocus et le sauroposeidon, les plus grands animaux ayant vécu sur Terre avec la Baleine bleue. Ce terrain encaissant a continué à bouger, nécessitant diverses campagnes d’entretien dont une particulièrement importante au cours des années 2000 > 2003. En effet, face à la dégradation des piédroits et de graves déformations de la voûte, il a été nécessaire d’établir une coque de protection en béton projeté en surépaisseur des parements existants, et de consolider la base de 5 puits. Il a fallut également de renforcer et rigidifier l’ensemble de la structure par construction en divers endroits de voûtes intermédiaires en béton armé de 14 à 20 cm d’épaisseur, implantées latéralement au niveau des naissances de la voûte d’origine.
Ces voûtes ont été instrumentées à l’aide d’extensomètres pour surveiller la mise en charge du béton projeté lors de la réalisation, puis le comportement de l’ouvrage à plus long terme. Il n’en demeure pas moins que le tunnel de la Nerthe est aujourd’hui l’un des tunnels ferroviaires de France les plus fréquentés. Plus de 100 trains y passent chaque jour.