Der Bau der Strecke Linz (Rhein) – Flammersfeld geht auf die Initiative eines Altenkirchener Eisenbahnkomitees zurück, dass 1862 den Antrag für den Bau einer Verbindung von Au nach Wiesbaden beim zuständigen Minister von der Heydt stellte. Dieser Antrag enthielt auch den Vorschlag, mittels einer Zweigbahn von Altenkirchen nach Neuwied über das Wiedbachtal eine Abfuhr aus den Eisenerzgruben nahe Horhausen zur Sayner Hütte in Bendorf über die Schiene zu ermöglichen. Weitere Versuche scheiterten jedoch ebenfalls. Erst Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts konkretisierten sich die Planungen und am 06.06.1905 wurde per Gesetz der Bau einer Bahnlinie von Linz (Rhein) nach Seifen rechtskräftig. Aufgrund von Protesten des Landrates von Altenkirchen wurde die Streckenführung 1906 leicht geändert. Zugunsten einer neuen, am 02.10.1911 eröffneten Station Flammersfeld entfiel die Anbindung in Seifen, die sich nur mittels eines Kopfbahnhofes hätte realisieren lassen.

Der Bau der Bahnanlagen begann im April 1909 und zog sich aufgrund des schwierigen Untergrundes im Steilstreckenabschnitt Linz – Wiedmühle bis in den Herbst 1912. Die zunächst für den 01.08.1912 vorgesehene Inbetriebnahme muss verschoben werden, der Eröffnungszug mit 150 geladenen Gästen verkehrte am 30.09.1912 von Altenkirchen nach Linz.

Die Strecke verfügte bei Inbetriebnahme über vier Zahnstangenabschnitte (System Abt) zwischen Linz und St. Katharinen. Dort muss, zur Überwindung eines Bergrückens zwischen dem Rhein- und dem Wiedtal, auf einer Streckenlänge von 8,9 km ein Höhenunterschied von 296 Metern überwunden werden. Die größte Neigung auf dem genannten Abschnitt beträgt 1:17,5. Der betrieblich umständliche Zahnradbetrieb wurde wahrscheinlich 1927 eingestellt, da mittlerweile moderne Dampfloks verfügbar waren, die diese Steigungen im Adhäsionsbetrieb befahren konnten.

Im Zweiten Weltkrieg wurden zahlreiche Brücken gesprengt, am 14.02.1945 sorgte ein teilweise nach Fliegerbeschuss im Bahnhof Neustadt explodierter Munitionszug für größere Verwüstungen. Nach der Vollsperrung am 11.03.1945 wurde erst am 13.07.1945 ein erstes Teilstück (Linz – Vettelschoß) wieder in Betrieb genommen. Am 08.10.1945 erreichte ein erster Zug wieder die provisorisch eingerichtete Betriebsstelle Mettelshahn. Bis Flammersfeld verkehrte aufgrund von nicht vorhandenen Geldern kein Zug mehr, 1957 wurden die Gleise zwischen Mettelshahn und Flammersfeld demontiert. Die zunehmende Motorisierung sowie die 1949 eingeführte parallel Buslinie bedingten eine Einstellung des Personenverkehres im Mai 1960.

Im Güterverkehr um seine Verbindungsfunktion beraubt sorgte die zunehmende Verlagerung von Transporten auf die Straße für einen weiteren Rückgang. Seit Mai 1968 wurden in den bedarfsweise verkehrenden Zügen Dieselloks der Baureihe 213 eingesetzt, die die zuletzt verwendeten Dampfloks der BR 94 ersetzten. In den 1960er Jahren gingen nahezu alle Güterverkehrskunden verloren. Bis 1987 erfolgte noch die Bedienung eines Steinbruches der Basalt AG nahe Kalenborn über das zwischenzeitlich als Anschlussgleis eingestufte Streckenstück Kalenborn – St. Katharinen. Auf der verbliebenen Stichstrecke Linz – Kalenborn sorgten neben der Firma Schmelzbasalt sporadische Güterverladungen auf der Laderampe für Aufkommen.

Die betrieblich aufwendige Steilstrecke stand schon länger auf der Abschussliste: Am 17.05.1995 verkehrte die letzte Übergabe, wenig später erfolgte die Gesamtstillegung der Strecke. Am 11.08.1998 konnte der Privatman Jörg Seyfert die Strecke übernehmen und im September des gleichen Jahres in die private Bahngesellschaft Eifelbahn Verkehrsgesellschaft mbH (EVG) einbringen.

Seit 01.05.1999 verkehren an allen Sonn- und Feiertagen von Ostern bis Ende Oktober im Stundentakt Züge vom Linzer Bahnhof nach Kalenborn unter dem Markennamen "Kasbachtalbahn". Jährlich nutzen rund 15.000 Fahrgäste die Verbindung, die mit der Einrichtung eines neuen Haltepunktes "Brauerei Steffens" zusätzlich an Attraktivität gewonnen hat. Die Schienenbusfahrten waren zuächst in Kooperation mit der RSE Rhein-Sieg-Eisenbahn GmbH durchgeführt worden, 2003 wurde die EVG alleiniger Betreiber der Verkehre.