Dve vzájomne nezávislé lesné železnice vybudované po oboch stranách bočného hrebeňa v masíve Beskyd boli predchodcom Kysucko-Oravskej lesnej úvraťovej železnice:
Oravská lesná železnica z obce Lokca do Erdútka, (dnes Oravská Lesná), bola uvedená do prevádzky 27.7.1918. Mala dĺžku 22,6 km, no nemala priame spojenie s verejnou železničnou sieťou – drevo sa prepravovalo koňmi z konečnej stanice v Lokci do 17 km vzdialenej stanice Oravský Podzámok k hlavnej železnici;
Kysucká lesná železnica viedla od Krásno nad Kysucou cez Oščadnicu do doliny Chmúra, mala dĺžku 29 km. Bola spojazdnená 15.10.1918 a mala priame spojenie so strategicky významnou železnicou na trati Košice – Bohumín prostredníctvom vlečky v Oščadnici.
Obe trate boli od seba vzdialené len 8 km, no oddeľoval ich vysoký horský chrbát.
Ekonomika prevádzky na oboch tratiach ukázala potrebu ich spojenia. Spojovacia trať mala dĺžku 10,5 km, bola postavená v rokoch 1925-26 medzi oravskou stanicou Erdútka (dnes: Oravská Lesná) a kysuckou stanicou Chmúra. Kvôli prekonaniu prevýšenia 217 m (najvyšší bod dosiahla v sedle Beskyd – 939 m n.m.) na krátkej vzdialenosti (vzdušnou čiarou 1,5 km), bol vybudovaný unikátny dopravný systém, ktorý využíval päť úvratí. V úvratiach vlak menil smer jazdy: lokomotíva súpravu striedavo tlačila a ťahala – rušeň bol umiestnený spravidla v strede vlaku. Terén je tak strmý, že v jednom úseku sa tri trate nachádzajú pod sebou. Je to jediný zachovaný úvraťový systém na železnici v Európe.
Po vybudovaní spojovacieho úseku bola dĺžka hlavnej trate 61 km. Kysucko-oravská lesná železnica vrátane odbočiek mala v čase najväčšieho rozmachu koncom 20. rokov dĺžku 110 km.
Železnica slúžila prakticky výlučne na prepravu dreva. Bola budovaná na parný pohon: parné lokomotívy vyrobené lokomotívkami MÁV, Henschel, Orenstein und Kopel, ČKD, Kraus a ďalšími zabezpečovali celoročnú prevádzku. Motorové rušne výrobcov Deutz, Stavostroj či Rába Győr ich nahradili začiatkom 60. rokov. Z vozňov sa najviac používali oplenové podvozky na prepravu dlhého dreva.
Veľkou ranou pre železnicu bola povodeň v r. 1965. Problémy s opravou a údržbou trate viedli v r. 1967 k rozhodnutiu ukončiť prevádzku lesnej železnice. Väčšia časť bola postupne demontovaná v rokoch 1969 – 1972, časť koľajových vozidiel zošrotovaná. Súčasne bolo schválené rozhodnutie zachovať technicky a historicky najzaujímavejší úsek s úvraťami ako pamiatku (1972). Kysucké múzeum v Čadci prevzalo do svojej správy kysuckú časť lesnej železnice v r. 1974. Oravské múzeum P. O. Hviezdoslava v Dolnom Kubíne prevzalo oravskú časť železnice v r. 1988. Obe časti trate boli vyhlásené za národnú kultúrnu pamiatku SR v roku 1991.
V rokoch 2005 – 2007 bola oravská časť železnice zrekonštruovaná. Súčasne bola otvorená expozícia „História a súčasnosť Oravskej lesnej železnice“ v areáli stanice Oravská Lesná.
Turistická prevádzka na nej bola spustená 31. mája 2008.
Na kysuckom úseku chodia historické vlaky zo Skanzenu po 1. úvrať, motorová drezina V 760/2004 jazdí na objednávku zo Skanzenu po sedlo Beskyd a umožňuje prejazd všetkými úvraťami.
