Die Dolomitenbahn (italienisch: Ferrovia delle Dolomiti), auch Ampezzaner Bahn genannt, war eine 64,9 Kilometer lange Schmalspurbahn, welche die Ortschaften Toblach und Calalzo (Region Venetien, Provinz Belluno) miteinander verband.

Die Dolomitenbahn wurde im Verlauf des Ersten Weltkrieges errichtet, um die damals an der dort verlaufenden Frontlinie stationierten Einheiten der beiden Kriegsteilnehmer Österreich-Ungarn und Italien mit Material und Nachschub versorgen zu können – es handelte sich also zunächst um zwei getrennte Bahnlinien, die beide ausschließlich militärischen Zwecken dienten.

Von Toblach wurde im Jahr 1915 zunächst eine motorbetriebene Heeresfeldbahn zwischen der Pustertalbahn und der seit 1891 bestehenden Festung Höhlenstein errichtet. Die Strecke wurde in 700 mm Spurweite ausgeführt und mit Benzinlokomotiven betrieben.

Von Süden her errichtete Italien von Calalzo ebenfalls eine militärische Feldbahn, jedoch in der Spurweite von 750 mm, die mit Dampflokomotiven betrieben wurde. Diese Bahn führte von Calazo zur ehemaligen Staatsgrenze u Österreich-Ungarn südlich von Cortina.

Mit dem Vorrücken des österreichischen Militärs in Richtung Süden wurden die beiden Bahnstrecken noch im Laufe des Jahres 1917 unter österreichischer Regie miteinander verbunden. In diesem Zusammenhang wurde die gesamte Strecke auf die Bosnische Spurweite von 760 mm umgespurt.

Zwischen 1919 bis 1921 wurde die Dolomitenbahn ein weiteres Mal umgespurt und zwar auf 950 mm. Am 1. Juni 1921 wurde der Betrieb mit Dampflokomotiven aufgenommen.

In den Jahren 1927 bis 1929 wurde die Dolomitenbahn mit 2700 V Gleichstrom elektrifiziert. Die Aufnahme des planmäßigen elektrischen Betriebs erfolgte schließlich am 1. Juli 1929. Die modernsten Fahrzeuge der Dolomitenbahn waren später dann die beiden dreiteiligen achtachsigen Gelenktriebwagen ET007 und ET008 (Achsfolge Bo+Bo+Bo+Bo).

Am 4. April 1949 bekam Cortina d’Ampezzo vom Internationalen Olympischen Komitee (IOC) die Zusage für die Durchführung der Olympischen Winterspiele 1956. Die Dolomitenbahn spielte dabei in den Vorplanungen eine wichtige Rolle, sie sollte bei diesem Großereignis der wichtigste Verkehrsträger werden.

Wie bei vielen anderen Bahnen gingen mit dem Aufkommen des Automobils jedoch auch auf der Dolomitenbahn die Fahrgastzahlen stark zurück, auch der kurzzeitige Aufschwung durch die Olympischen Winterspiele konnte daran nichts ändern. Es zerschlug sich somit nach dem Großereignis relativ schnell die Hoffnung, die Bahn mit Hilfe der neuen Fahrzeuge und der verbesserten Infrastruktur doch noch länger am Leben zu erhalten.

Die Dolomitenbahn wurde schließlich in zwei Abschnitten eingestellt, zunächst am 13. März 1962 der traditionell schwächere Nordast Cortina–Toblach, am 17. Mai 1964 dann schließlich auch der Südast Calalzo–Cortina (und damit der Gesamtbetrieb).

Die bei der Einstellung der Dolomitenbahn noch nahezu neuwertigen Züge kamen im Jahre 1966 zur Ferrovia Trento–Malè, wo sie auf Meterspur umgespurt wurden und noch bis in die 2000er Jahre im planmäßigen Einsatz standen.

Der Abschnitt von Cortina d’Ampezzo bis Toblach führt durch diverse Tunnels und über Viadukte.

Der höchste Punkt ist der Passo Cimabanche (Im Gemärk, 1.530 m), der die heutige Grenze zwischen Südtirol und Italien (Provinz Belluno) bildet.

Sowohl von Cortina d’Ampezzo wie auch von Toblach aus mussten zum Pass jeweils 300 Höhenmeter bewältigt werden.