Başlangıçta Harem - Tuzla Hafif Raylı Sistemi olarak düşünülmesine rağmen Marmaray projesiyle bütünleştirilmesinin daha uygun olacağı düşünülerek hattın başlangıç noktası Kadıköy’e kaydırılmıştır. Projeye göre Kadıköy - Acıbadem arası delme tünel, Acıbadem’den Kartal Köprüsü'ne kadar olan kısmın ise hemzemin olarak inşa edilmesi kararlaştırılmıştır. Yıllarca İBB ve Karayolları Genel Müdürlüğü arasında süren mülkiyet problemleri yüzünden hayata geçirilemeyen proje için 2002′de iki kurum arasında bir protokol imzalanarak, Harem - Tuzla arasında 'ün orta refüjü İBB’ye devredilmiştir. Ocak 2005′te Anadoluray Grubu (Yapı Merkezi - Doğuş - Yüksel - Yenigün - Belen İnşaat Ortak Girişimi) ile sözleşme imzalanmış ve 29 Ocak 2005′te de temel atılmıştır.
Çalışmalara başlandıktan sonra, yapılan analizlerde aksında yaşanan yoğunluğun enerji maliyetinin yıllık yaklaşık 80 milyon dolar ve zaman kaybının ise yaklaşık 120 milyon dolar olduğu, inşaat maliyetleri çevresel faktörler ve artacak yoğunluk da göz önünde bulundurulduğunda kısa sürede (yaklaşık 6,5 yıl) kendini amorti edeceği ortaya çıkmıştır. İnşaat aşamasında 'ün kısmen trafiğe kapatılacak olması, raylı sisteme ayrılacak bölüm dolayısı ile yolun kalıcı olarak daralacak olması, hafif raylı sistemin ihtiyaca tam olarak cevap veremeyecek olması gibi etkenler de göz önüne alınarak İTÜ görüşü, İETT önerisi ve UKOME kararıyla 2005 yılı Temmuz ayında sistemin tamamen yer altında ve metro standartları ile inşasına karar verilmiştir. Hattın metro olarak inşa edilmesi kararından sonra projeler gözden geçirmiş, Ocak 2008′de ikmal işleri ihalesini Avrasya Metro Grubu (Astaldi - Makyol - Gülermak) kazanmış ve Mart’ta yer teslimi yapılıp inşaata başlanmıştır. Tüneller 2 yılda kazılarak 2010 yılında bitirilmiştir. Metro araçlarıyla ilgili aranılan niteliklerde en uygun teklifi sunan İspanyol CAF firması ile Eylül 2009′da sözleşme imzalanmış ve vagon üretimleri başlatılmıştır. İlk vagonlar da 2011 Ocak'ta gelmiştir. Birkaç aylık test sürüşleri ve bazı sorunlar nedeniyle geciken hat, 17 Ağustos 2012'de dönemin başbakanı Recep Tayyip Erdoğan, İstanbul Büyükşehir Belediye Başkanı Kadir Topbaş ve çeşitli bakanların katılımıyla hizmete girmiştir.
Metro hattının Kadıköy, Ayrılık Çeşmesi, Ünalan ve Göztepe istasyonları deniz seviyesinin altındadır. İstasyonlar arası mesafe ortalama olarak 1300 metre olup, birbirine en yakın istasyonlar 800 metre mesafe ile Maltepe ve Huzurevi, en uzak istasyonlar ise 2300 metre mesafe ile Bostancı ve Küçükyalı’dır. Hattın kumanda merkezi Esenkent'te, deposu ise Maltepe'de konumlandırılmıştır. Hattın vizyon planlarında Kurtköy YHT Garı bölgesinde bir depo sahası daha yapılması planlanmaktadır. Hattın tasarımı 90 saniye aralıkla işletmeye imkân vermektedir. 2600 kişi kapasiteli 8′li metro dizilerine göre tasarlanan peronlara sahip metro hattında kullanılan araçlar enerji temininde rijit katener sistemini kullanmaktadır. Tüm istasyonlarda yürüyen merdivenli giriş-çıkışların yanı sıra engeli asansörü de bulunmaktadır. güzergâhındaki tüm istasyonlarda karayolunun kuzey ve güney taraflarında giriş-çıkışlar ve bu giriş-çıkışları birbirine bağlayan alt geçitler vardır.