Cả Mỹ và Liên Xô đều nhận thức được việc cần phải giảm đối đầu giữa hai nước để cùng giải quyết vấn đề thời kỳ khủng hoảng tên lửa Cuba. Thời gian đó, mỗi tin nhắn dài từ Liên Xô đến Mỹ và ngược lại phải mất nửa ngày. Vì vậy việc trực tiếp liên lạc là một ý tưởng tốt, tuy nhiên công nghệ điện thoại chưa thể trở thành lựa chọn tối ưu vào thời điểm đó. Và phương thức được cho là khả thi nhất là tạo ra hai đầu thiết bị điện báo, vì vậy "Điện thoại đỏ" thực chất là đường dây điện tín.

Để hệ thống được đi vào hoạt động, Liên Xô và Mỹ đã đàm phán về bản ghi nhớ: "Lưu ý về việc thành lập kết nối liên lạc trực tiếp". Mở đầu bản ghi nhớ có đoạn: "Chính phủ Mỹ và Liên bang Xô viết đã thống nhất thành lập hệ thống kết nối trực tiếp ngay khi có công nghệ khả thi và được sử dụng trong tình huống khẩn cấp giữa hai nước". Hai quốc gia đã cùng ký kết bản ghi nhớ trên vào ngày 20/6/1963.

Thông tin được gửi từ Mỹ tới Liên Xô qua đường dây điện tín là dây cáp dài 16.000 km từ Washington tới London, qua Copenhagen, Stockholm, Helsinki và cuối cùng là Moscow.

Ngay sau khi ký kết bản ghi nhớ, 4 máy điện tín đã được vận chuyển đến Moscow bằng đường hàng không và được lắp đặt tại Điện Kremlin. Và cũng số lượng máy móc như vậy đã được vận chuyển đến Đại sứ quán Liên Xô tại Washington. Về phía Mỹ, các máy điện tín không chỉ xuất hiện tại Nhà Trắng mà còn tại Lầu Năm Góc. Cả hai phía đồng thời cũng cùng trao đổi máy giải mật mã để người Mỹ có thể dịch những thông điệp được gửi từ tiếng Nga sang tiếng Anh và ngược lại, phía Moscow cũng vậy.

Đường dây nóng được đi vào hoạt động từ ngày 30/8/1963 và tin nhắn đầu tiên được gửi có ý tưởng rất độc đáo với nội dung: (lược dịch) "Con cáo nâu nhanh nhẹn nhảy qua lưng chú chó lười biếng 1234567890". Tin nhắn này vô cùng thực tiễn bởi nó bao hàm mọi chữ cái trong bảng chữ cái tiếng Anh và các con số, đây được xem như phép thử cho sự chính xác của hệ thống.

Theo tờ New York Times số ra ngày hôm sau: "Bên phía Moscow cũng gửi một tin nhắn thử bằng tiếng Nga với nội dung ca ngợi cảnh nên thơ của hoàng hôn ở Moscow... Cả hai quốc gia đã dành cả năm cung cấp đồ đạc, dụng cụ thiết bị hướng dẫn…" về Điện thoại đỏ.

Lần sử dụng tiếp theo được tổng thống Mỹ Lyndon Johnson thực hiện năm 1967. Trong cuộc chiến tranh giữa Israel và Arab, Johnson gửi tin nhắn đến Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô Alexei Kosygin để ông biết rằng lực lượng không quân Mỹ đang được phái đến biển Địa Trung Hải, việc báo trước này nhằm tránh những căng thẳng không cần thiết với hạm đội Liên Xô tại biển Đen.

Tháng 9/1971, chỉ 3 tháng trước khi chiến tranh giữa Ấn Độ và Pakistan bùng phát, Tổng thống Richard Nixon sử dụng đường dây điện tín để liên lạc với người đồng cấp Liên Xô Leonid Brezhnev. Những sự kiện thế giới tiếp tục xảy ra sau đó đã khiến Nixon sử dụng đường dây điện tín thêm hai lần. Đầu tiên là trong chiến tranh Yom Kippur khi Ai Cập và Syria cùng chống lại Israel năm 1973 và sau đó là vào tháng 7/1974 khi Thổ Nhĩ Kỳ xâm chiếm Cyprus.

Trong số các tổng thống, Ronald Reagan là người có sự quan tâm đặc biệt đến đường dây điện tín này, khác với vị Tổng thống tiền nhiệm Jimmy Carter chỉ sử dụng đường dây trên một lần trong năm 1979 khi Liên Xô tham gia cuộc chiến tranh tại Afghanistan. Năm 1983, Ronald Reagan bắt đầu thảo luận về nâng cấp hệ thống và thêm máy fax tốc độ cao. Tổng thống Reagan cũng đã sử dụng đường dây nóng một vài lần trong sự kiện tại Lebanon và tình trạng báo động tại Ba Lan.

Nhân vật tổng thống Mỹ do Henry Fonda thủ vai và chiếc Điện thoại đỏ trong bộ phim Fail-Safe.

Hiện tượng "Điện thoại đỏ" đã lan sang ngành công nghiệp giải trí. Trong bộ phim Fail-Safe năm 1964, vị tổng thống do nam diễn viên Henry Fonda thủ vai đã tiếp nhận và truyền thông tin qua chiếc điện thoại được gọi là Điện thoại đỏ (bộ phim thời đó vẫn là đen trắng). Và Điện thoại đỏ cũng xuất hiện trong một số bộ phim truyện và phim truyền hình khác.

Thậm chí điện thoại đỏ đã trở thành một phần trong chiến dịch tranh cử Tổng thống năm 1984. Khẩu hiệu tranh cử của ứng cử viên tổng thống Walter Mondale là dòng chữ: "Điều tuyệt vời nhất, trách nhiệm quyền lực nhất của thế giới nằm trong tay người có thể nhấc chiếc điện thoại này".

Chiến tranh Lạnh kết thúc không đồng nghĩa với việc chấm dứt đường dây nóng trên. Hệ thống liên lạc mới sử dụng sợi cáp quang đi vào hoạt động từ năm 2008, bao gồm phần mềm cho cả hai việc nhận và gửi tin nhắn email với tốc độ truyền tin nhanh chóng.

Trong hội nghị thượng đỉnh năm 2010 với Tổng thống Nga khi đó là Dmitry Medvedev, Tổng thống Mỹ Obama đã đùa rằng mạng xã hội Twitter đã thay thế đường dây nóng này. "Chúng ta có thể tìm cách để tống những chiếc Điện thoại đỏ đã tồn tại quá lâu ở đó", Obama nói.