De spoorlijn werd door de KNLS (Koninklijke Nederlandsche Lokaal Spoorwegmaatschappij Koning Willem III) aangelegd en is geopend op 28 juni 1887. De spoorlijn werd vanaf het begin geëxploiteerd door de HSM (Hollandse (IJzeren) Spoorwegmaatschappij).

Op 1 juli 1920 werd de KNLS inclusief alle lijnen overgenomen door de HSM, waarna de KNLS werd geliquideerd. In 1938 / 1939 werd de exploitatie en eigendom overgenomen door de NS (Nederlandse Spoorwegen).

Op 7 september 1944 werd al het treinverkeer gestaakt vanwege de Tweede Wereldoorlog. Op 3 december 1945 werd het treinverkeer weer hervat. In 1947 werden vanwege tegenvallende resultaten de reizigerstreinen vervangen voor bussen, waarna alleen het goederenvervoer nog gebruik maakte van de spoorlijn. Het busvervoer, en daarmee het reizigersvervoer, werd op 1 augustus 1950 voorgoed gestaakt.

Op 31 mei 1964 werd het goederenvervoer gestaakt tussen Loenen en Eerbeek. op 11 augustus 1969 volgde Loenen - Beekbergen. Op 24 mei 1971 werd het VAM-overslag (nu Essent) bij Apeldoorn in gebruik genomen. Op 28 mei 1972 werd het goederenvervoer tussen Beekbergen en Apeldoorn VAM gestaakt.

Intussen werd de VSM (Veluwse Stoomtrein Maatschappij) opgericht voor het behoud van de spoorlijn. Op 14 juli 1975 werd de lijn als museumlijn feestelijk geopend.

Op 1 juni 1984 reed de laatste goederentrein naar en van Eerbeek, waarna op 2 juni 1984 het goederenvervoer tussen Eerbeek en Dieren werd gestaakt.

De spoorlijn wordt momenteel als museumlijn geëxploiteerd, waarbij gebruikt wordt gemaakt van vooral stoommaterieel, maar ook dieselmaterieel. Tussen Apeldoorn en Apeldoorn VAM rijden nog goederentreinen. Van dit laatste deel ging in 2003 het beheer en eigendom over naar ProRail.