Dwiema niezależnymi kolejami leśnymi, które były poprzednikami Kolei Leśnej Kysuce–Orawa, były:
– Kolej orawska, która biegła z wioski Lokca do Erdútki (dzisiaj Oravská Lesná), rozpoczęła działalność 27 lipca 1918 roku. Miała długość 22,6 km, ale nie miała bezpośredniego połączenia z publiczną siecią kolejową.
– Kolej kysucka, która biegła z Krásna nad Kysucą do doliny Chmúra i miała długość 29 km, rozpoczęła działalność 15 października 1918 roku, z bezpośrednim połączeniem z ważną strategicznie linią kolejową wzdłuż trasy Košice–Bohumín.
Obie linie dzieliło tylko 8 km, ale oddzielał je wysoki grzbiet górski.
Gospodarka operacyjna obu linii wskazywała na potrzebę ich połączenia. Linia łącząca miała długość 10,5 km i została zbudowana w latach 1925–1926 pomiędzy stacją Erdútka w regionie Orawa (dzisiaj: Oravská Lesná) a stacją Chmúra w regionie Kysuce. Aby pokonać wzniesienie o wysokości 217 m na krótkim odcinku (1,5 km w linii prostej), zbudowano unikalny system transportowy z wykorzystaniem pięciu główek. Na końcach torów pociąg zmieniał kierunek: lokomotywa na przemian pchała i ciągnęła skład, zwykle znajdując się w środkowej części pociągu. Teren jest tak stromy, że w jednym odcinku tory znajdują się jeden pod drugim. Jest to jedyny zachowany system główek kolejowych w Europie.
Ukończony odcinek łączący dostosował długość głównej linii do 61 km. Cały system, łącznie z odgałęzieniami, miał wówczas długość 110 km w okresie największego rozkwitu na koniec lat 20. XX wieku.
Kolej służyła wyłącznie do transportu drewna. Środkiem napędowym były parowozy: lokomotywy parowe produkcji MÁV, Henschel, Orenstein und Kopel, ČKD, Kraus i innych zapewniały całoroczną działalność. Lokomotywy spalinowe od producentów takich jak Deutz, Stavostroj i Rába Győr zastąpiły je na początku lat 60. XX wieku. Do transportu długiego drewna najczęściej używano specjalnego wózka z owiniętą ramą.
Kolej doznała poważnego uszkodzenia podczas powodzi w 1965 roku. Problemy z naprawą i utrzymaniem torów doprowadziły do decyzji o zakończeniu działalności kolejowej w 1967 roku. Większą część linii stopniowo rozebrano w latach 1969–1972, a część taboru złomowano. Władze państwowe zatwierdziły decyzję o zachowaniu technicznie i historycznie najciekawszego odcinka z główkami jako pomnik (1972). Muzeum Kysuckie w Čadcy przejęło odcinek kolejki leśnej Kysuce w 1974 roku, a Muzeum Orawy im. P. O. Hviezdoslava w Dolnym Kubinie przejęło odcinek kolejki w Orawie w 1988 roku.
Słowackie władze ochrony dziedzictwa narodowego uznały oba odcinki torów za narodowy pomnik kultury w 1991 roku.
Muzeum Orawy im. P. O. Hviezdoslava zrekonstruowało odcinek kolejki w Orawie w latach 2005–2007. 31 maja 2008 roku rozpoczęło działalność turystyczną. Wzdłuż odcinka Kysuce kursują historyczne pociągi z muzeum na świeżym powietrzu do pierwszej główki, a lokomotywa spalinowa V 760/2004 kursuje na życzenie z muzeum na przełęcz Beskyd, umożliwiając przejazd przez wszystkie główki.
