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Nach der Eröffnung der Eisenbahnverbindung zwischen den damals noch dänischen Städten Altona und Kiel im Jahre 1844 wurde 1876 der Hafenbahntunnel zur Verbindung des Altonaer Bahnhofs mit den Kaianlagen an der Elbe in Betrieb genommen.
Der zunächst 395 Meter lange Tunnel wurde 1895 um weitere etwa 565 Meter verlängert und ab 1907 auf elektrischen Bahnbetrieb umgestellt. In den 1920er Jahren entwickelte sich der Hafenbahntunnel zur Lebensader der Stadt Altona. Die Altonaer Fischindustrie mit ihren Räuchereien, Fischhändlern und Konservenfabriken wurde über die Hafenbahn und durch den Tunnel mit fangfrischem Seefisch versorgt. Der Tunnel erhielt im Volksmund den Namen, unter dem er noch heute bekannt ist – Schellfischtunnel.

Nach dem Zweiten Weltkrieg, in dem der Tunnel auch zum Luftschutz genutzt wurde, ging der Verkehr auf der Hafenbahn immer weiter zurück. 1978 wollte die damalige Deutsche Bundesbahn den Betrieb einstellen. Die Altonaer Hafenbahn wurde anschließend vom Hamburger Amt für Strom- und Hafenbau übernommen, das noch bis Anfang der 90er Jahre die Regie des Bahnbetriebs für der Stadt weiter betrieb. Zuletzt verkehrten die Züge nur noch sehr unregelmäßig nach Bedarf. 1993 gab der letzte Betrieb am Altonaer Elbkai seinen Gleisanschluss auf. Der Betrieb der Altonaer Hafenbahn und des Schellfischtunnels wurde daraufhin eingestellt.

Der Tunnel ist seit dem ungenutzt und liegt im Dornröschenschlaf.
Die erhaltenen Reste der Altonaer Hafenbahn mit dem Schellfischtunnel als ihrem wichtigsten Bauwerk gelten heute als technik- und stadtgeschichtliches Denkmal ersten Ranges aus der Frühzeit des modernen Verkehrs.

