Dvě vzájemně nezávislé lesní železnice vybudované po obou stranách bočního hřebene v masivu Beskyd byly předchůdcem Kysucko-Oravské lesní úvraťové železnice:
– Oravská lesní železnice z obce Lokce do Erdútka, (dnes Oravská Lesná), byla uvedena do provozu 27. 7. 1918. Měla délku 22,6 km, ale neměla přímé spojení s veřejnou železniční sítí – dřevo se přepravovalo koňmi z konečné stanice v Lokci do 17 km vzdálené stanice Oravský Podzámok k hlavní železnici;
– Kysucká lesní železnice vedla od Krásno nad Kysucou přes Oščadnici do doliny Chmúra, měla délku 29 km. Byla zprovozněna 15. 10. 1918 a měla přímé spojení se strategicky významnou železnicí na trati Košice–Bohumín prostřednictvím vlečky v Oščadnici.
Obě tratě byly od sebe vzdáleny jen 8 km, ale odděloval je vysoký horský hřbet.
Ekonomika provozu na obou tratích ukázala potřebu jejich spojení. Spojovací trať o délce 10,5 km byla postavena v letech 1925–1926 mezi oravskou stanicí Erdútka (dnes: Oravská Lesná) a kysuckou stanicí Chmúra. Pro překonání převýšení 217 m (nejvyšší bod dosáhla v sedle Beskyd – 939 m n. m.) na krátké vzdálenosti (vzdušnou čarou 1,5 km) byl vybudován unikátní dopravní systém, který využíval pět úvratí. V úvratích vlak měnil směr jízdy: lokomotiva soupravu střídavě tlačila a táhla a byla proto umístěna zpravidla ve středu vlaku. Terén je tak strmý, že v jednom úseku se tři tratě nacházejí pod sebou. Jde o jediný zachovaný úvraťový systém na železnici v Evropě.
Po vybudování spojovacího úseku byla délka hlavní trati 61 km. Kysucko-oravská lesní železnice včetně odboček měla v době největšího rozmachu koncem 20. let délku 110 km.
Železnice sloužila prakticky výlučně k přepravě dřeva. Parní lokomotivy, vyrobené lokomotivkami MÁV, Henschel, Orenstein und Kopel, ČKD, Kraus a dalšími, zajišťovaly celoroční provoz. Motorové lokomotivy výrobců Deutz, Stavostroj či Rába Győr je nahradily začátkem 60. let. Z vozů se nejvíce používaly oplenové podvozky pro přepravu dlouhého dřeva.
Velkou ranou pro železnici byla povodeň v roce 1965. Problémy s opravami a údržbou trati vedly roku 1967 k rozhodnutí ukončit provoz lesní železnice. Větší část byla postupně demontována v letech 1969–1972, část kolejových vozidel sešrotována. Současně bylo schváleno rozhodnutí zachovat technicky a historicky nejzajímavější úsek s úvratěmi jako památku. Kysucké muzeum v Čadci převzalo do své správy kysuckou část lesní železnice. 1974. Oravské muzeum P. O. Hviezdoslava v Dolním Kubíně převzalo oravskou část železnice v r. 1974. 1988. Obě části tratě byly vyhlášeny národní kulturní památkou SR v roce 1991.
V letech 2005–2007 byla oravská část železnice zrekonstruována. Současně byla otevřena expozice „Historie a současnost Oravské lesní železnice“ v areálu stanice Oravská Lesná.
Turistický provoz na ní byl zahájen 31. května 2008.
Na kysuckém úseku jezdí historické vlaky ze Skanzenu po první úvrať, motorová drezína V 760/2004 jezdí na objednávku ze Skanzenu po sedlo Beskyd a umožňuje přejezd všemi úvratěmi.
