La línea 5 (Horta - Cornellà Centre) es de ancho de vía internacional (1.435 mm), está electrificada a 1200 V en corriente continua con línea aérea y dispone actualmente de 23 estaciones y dos cocheras y talleres (Vilapiscina y Can Boixeres).
Tiene una longitud de 16.157'46 metros (16.655'11 m. con las colas de maniobras), pero dispone de un total de 38.760'22 m. de vía si se cuenta la doble vía y las vás de las cocheras. El trazado de la línea no es muy sinuoso, ya que de los 15.655'11 metros que hace de largo hay 13.470'46 m. en recto (80'88%) y 3.184'65 m. en curva (19'12%), repartidos entre 55 curvas (32 a la derecha y 23 a la izquierda), y de éstas un total de 1.830'17 m. (10'99% de la longitud total) estan en curvas de hasta 150 m. de radio, 916'94 m. (5'50%) estan en curbas de hasta 300 m. de radio y el resto, 437'54 m. (2'63%), estan en curvas con un radio superior a 700 m., si bien las curvas más cerradas (100 m. de radio) se encuentran en las secciones de Hospital Sant Pau - Sagrada Familia y Sants Estació - Entença.
El perfil es dificil, ya que solo hay 2.396'67 m. (14'39% del total) en horizontal y 14.258'44 m. (85'61%) en rampas o pendientes; éstas últimas se dividen en 5.539'49 m. (33'26%) en rampas o pendientes de hasta 5 milésimas, 1.015'96 m. (6'10%) hasta 10 milésimas, 1.687'16 m. (10'13%) hasta las 20 milésimas, 2.731'43 m. (16'40%) hasta 30 milésimas, 2.496'60 m. (14'99%) hasta 40 milésimas, y el resto, 787'78 m. (4'73%) en rampas y pendientes superiores a las 40 milésimas, ubicadas en las secciones Vilapiscina - Virrei Amat, Maragall - Congrés y Sant Ildefons - Gavarra.
La historia de la línea parte el 21 de julio de 1959, cuando entró en funcionamento una nueva línea de metro en la ciudad de Barcelona, de dos kilómetros y medio, originalmente como línea II. Partía desde la Av. Meridiana junto a la estación Sagrera del Metro Transversal y con correspondencia con ella, siguiendo luego por la calle Garcilaso, Pº Maragall, Av. Borbón, Pl. Virrey Amat y Pº Fabra y Puig. Estaba compuesto por las estaciones de Sagrera, Viviendas del Congreso, Maragall, Virrey Amat y Vilapiscina. El servicio comenzó con siete trenes, todos ellos de la serie 600
En un principio esta línea II, tenía el proyecto inicial de que prosiguiera desde Sagrera hasta llegar al Paralelo. En un principio la explotación fue en un principio deficitaria, pero a corto terminio esta situación varió, dado el fuerte crecimiento urbanístico de los barrios de alrededor.
El 28 de enero de 1961 comienza a circular los trenes de la línea con un sistema de conducción automática (ATO), los trenes funcionaban solos automaticamente mediantes contactos por células fotoeléctricas. Este sistema fue desarrolllado por los mismos servicios técnicos del METRO y constituyó la primera aplicación a nivel mundial de un sistema automático de conducción de trenes en una línea de ferrocarril metropolitano.
En abril de 1964 comenzaron las obras, para alargar la línea (por la parte este) para seguir por la calle Cartellà y la calle Tajo hasta llegar a las inmediaciones de la Pl. Ibiza, en Horta. El 5 de octubre de 1967, se inaguró oficialmente esta prolongación de 750 metros hacia la estación de Horta.
Por otro lado de la línea, el 3 de noviembre de 1969 se inauguró el tramo Diagonal - San Ramon del "Transversal Alto", tambien denominada linea V. El nuevo tramo tenía siete estaciones: San Ramón (actual Collblanc), Badal, Sants (actual Pl. Sants), Roma (actual Sants Estació), Entença, Hospital Clínic y Diagonal. La estación Diagonal (que por cierto estuvo a punto de llamarse Rambla Cataluña) disponía de sendos corredores de enlace con la estación Diagonal de la línea III y con la de Provenza de los Ferrocarriles de Sarriá. El pasillo de correspondencia en la estación de Sans con la línea I no estaba terminado, por lo que momentáneamente no se podía utilizar este enlace.
Para esta nueva línea se dispusieron de siete trenes M+R+M compuestos por coches motores M344 a M358 y remolques R349 y R355. Los coches motores 344 y 355 fueron retirados de la línea III, permuntándolos por los remolques R347 y R348 para no disminuir el parque.
La tarifa del billete ordinario expedido en esta línea y válido para toda la red era de 2'50 ptas. Como quiera que en las otras líneas el precio del billete ordinario era de 2 ptas., el público que, procedente de aquellas líneas deseara efectuar correspondencía con la línea V, debía pagar la diferencia de 0'50 ptas. en una taquilla especial habilitada a tal efecto en el vestíbulo lado Rambla Cataluña, al final del pasillo de enlace de las líneas III y V de la estación Diagonal.
El 29 de diciembre de 1969 se puso en funcionamiento el pasillo de correspondencia de la estación de Sants entre las línea I y la nueva línea V.
El 26 de junio de 1970 fue una fecha muy especial en la historia de la línea. A las 18 horas (el servicio se abrió al público a las 20.00h.), tuvo lugar con toda solemnidad con la presencia del Jefe del Estado (Francisco Franco) la inauguración del nuevo tramo entre Diagonal y Sagrera, con seis nuevas estaciones: Diagonal, General Mola (actual Verdaguer), Sagrada Familia, Dos de Mayo (actual Hospital Sant Pau), Campo del Arpa y Sagrera. Las tres últimas estaciones se integraron en la línea 5 de una forma provisional, ya que se prevía que en el futuro formara parte de un proyecto de línea II (Horta - Paralelo) por la cual cosa hasta se construyó otra estación llamada Gaudí, muy cerca de Sagrada Familia, que nunca se puso en marcha pero que puede ver el pasajero como una estación fantasma justo al salir el tren de la estación de Sagrada Familia y completar la primera curva, en dirección Horta. Actualmente las instalaciones de esta estación sin servicio son utilizadas por diversas asociaciones de la compañía.
Esta inauguración del tramo Diagonal (Rambla Cataluña)-Sagrera, de línea V, permitió enlazar el servicio que ya desde el año anterior (1969) se prestaba entre San Ramón y Diagonal, con el de Sagrera-Horta, con lo que la ciudad disponía de una nueva línea de Metro, largos años esperada, que ponía en comunicación los populosos núcleos urbanos de Hospitalet y Sants con Horta, atravesando la ciudad en sentido transversal medio.
La inauguración de la nueva línea V/II (así se designaba al principio) coincidió con una interupción de la línea I entre Clot y Glorias debido a la aparición de una gran grieta en este túnel, lo cual repercutió en una masiva afluencia de viajeros a través de la estación Sagrera, con la inmediata consecuencia de la inicial insuficiencia de capacidad de los trenes. La sobrecarga a que estos se vieron sometidos agravó más el problema, por las inevitables averías. La paulatina puesto en servicio de los nuevos trenes de la serie 1000 haría que al cabo de varios meses pudiera empezarse la formación y utilización de trenes de cuatro coches; ello, unido a la normalización del servicio de la línea I, permitió ofrecer entonces un servicio mucho más adecuado a las necesidades. Como hemos mencionado, la inauguración fue una precipitación y se realizó con los dos primeros coches de la serie 1000 recibidos (que aún circulaban en pruebas). A la espera de recibir todo el lote completo de coches de la serie 1000 que serviría para explotar la línea, se utilizaron coches de la serie 341 a 358 con remolques de esta serie todavía no utilizados. Con ello se formaron 14 trenes M+R (los dos restantes motores M341 y M342 permanecían en la línea III). A estos 14 trenes se añadieron las siete parejas de la serie 600, con lo que se disponía de 21 trenes de dos coches para esta nueva e importante línea para la que, en teoría, se había previsto un horario con dieciocho trenes.
El 5 de febrero de 1973 entra en funcionamiento el tramo Pubillas Casas - San Ramón (actual estación Collblanch). Con esta inauguración se confirmaba la entrada definitiva de la red de metro a zonas fuera de la ciudad de Barcelona.
El 23 de noviembre de 1976 entra en servicio el tramo Pubillas Casas - San Ildefonso, con la entrada en servicio de este nuevo tramo la línea comunica directamente tres municipios: Cornellà, L'Hospitalet y Barcelona. Las nuevas estaciones del tramo era Pubillas Casas, Maladeta (actual Can Vidalet), Can Boixeras, San Ildefonso.
Al crearse la línea, se la llamó con el número románico V (único caso en todas las ciudades del mundo que tenía metro de llamar a sus líneas con números románicos). Más adelante, en 1982 y debido a una reforma de los indicadores del Metro de la ciudad con la inminente celebración del Mundial del Futbol, las líneas se llamaron con número arábigos y a esta línea le correspondio la denominación actual L5.
El 23 de diciembre de 1983 se amplía su recorrido desde Sant Ildefonso hasta el centro de Cornellà con una estación intermedia: Gavarra.
El 12 de diciembre del 2003 la estación Cornellà pasó a denominarse Cornellà Centre.
El 20 de julio de 2004, tres meses y medio después de la inauguración del Trambaix, se abrió al público el intercambiador de metro y Tram en la estación Cornellà Centre.
El 27 de enero de 2005 un edificio situado en el número 12 de la calle Calafell en el barrio del Carmel de Barcelona se derrumbó a consecuencia de las obras de ampliación de la Línea 5 del Metro a Vall d'Hebrón, concretamente al hacer una cola de maniorbas. El derrumbe no provocó heridos, ya que el inmueble estaba vacío, pero provocó el traslado de 1200 vecinos y el miedo en la población. Este hecho provocó la parada de las obras y modificación del proyecto cambiando la cola de maniobras para situarla junto a la cochera de Sant Genís.
A finales del 2006 comenzaron a retirarse los trenes de la serie 1000 en la línea 5, subtituidos por los nuevos modelos de la serie 5000, recien llegados del fabricante. Los dos ultimos coches de la serie 1000 que circularon, en servicio comercial, fue el 20 de marzo del 2007.
En marzo del 2007, se realizó una campaña publicitaria (realizada por Nissan), que descubrió a los barcelones la estación fantasma de Gaudí. Se iluminó toda la estación y se colgó una lona de 500 metros en cadan anden anunciando un nuevo coche. Como la ex-estación Gaudí se encuentra a pocos metros de la estación de Sagrada Familia, los trenes circulaban a bajo velocidad y los anunciadores se aprovecharon de esto para que los viajeros vieran su anuncio. El 13 de diciembre del 2009, aprovechando la entrada en funcionamiento de la línea 9 y el forzoso cambio de los planos del Metro que se tenía que hacer, se renombró la estación de Hospital Sant Pau a Dos de Maig | Sant Pau (recuperando su antiguo nombre), ya que desde hace unos meses el Hospital de Sant Pau se trasladó a la parte alta de la calle San Quintín y dejó la zona de influencia de esta estación.
El 30 de julio del 2010 se amplió la línea hasta Vall d'Hebrón, creando dos nuevas estaciones El Carmel y El Coll | La Teixonera. Las obras del nuevo recorrido, con una longitud de 2,2 kilómetros, comportarón una inversión de 320 millones de euros. 104 correspondieron a la primera fase previa al derrumbe del año 2005, y 216 a los trabajos que tuvieron lugar cuando se retomaron las obras.
La orografía de la zona obligó a que la estación de Vall d'Hebrón se excave a una profundidad de 42 metros, para acceder a los andenes hay que hacer uso de 6 escaleras mecánicas. Aún más profunda, es la estación de El Coll/La Teixonera, alcanzado los 74 metros de profundidad. Para recorrerlos se utilizan unos ascensores --los más rápidos de la red de metro-- que dan acceso a un pasillo que comunica con los andenes. Si bien la parada de El Carmel no destaca por su profundidad, sí lo hace por la estructura de la entrada de su acceso principal, en la Plaza Pastrana, que forma parte de la obra arquitectónica llevada a cabo por los arquitectos Manel Sánchez y Dolors Piulachs, una curiosidad es la cinta automática de la estación que no permite el uso para PMR por su gran desnivel, un 12%. Los PMR deben utilizar la salida de la calle Llobregós.
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