Kolej Doliny Bobru budowano etapami. 3,5 kilometrowy odcinek z Jeleniej Góry do Jeżowa otwarto po 19 miesiącach budowy 1 października 1906 roku. Przedłużenie do 7,3 kilometra otwarto 9 dni później - 9 października 1906 r. - opóźnienie wynikało z dużych opadów deszczu, które rozmyły wykop przed Siedlęcinem. Kolejny 4 km odcinek do Pilchowic-Zapory otwarto 4 września 1907 roku. Celem budowy tego odcinka było umożliwienie dostarczenia materiałów budowlanych koleją dla realizacji wielkiej zapory na Bobrze. Odcinek z Lwówka do Wlenia (od północy) rozpoczęto jesienią 1907 r., a całą linię, z najtrudniejszym odcinkiem górskim z Wlenia do Pilchowic-Zapory budowano przez 4 lata i 5 miesięcy i oddano do użytku 1 lipca 1909 roku.
LInię uszkodziii saperzy niemieccy 8 maja 1945 r. wycofujący się Doliną Bobru od Marczowa do Jeleniej Góry. Linię odbudowano w szybkim tempie i uruchomiono ponownie w listopadzie 1946 r. Ruch na jednotorowej linii ograniczano etapami:
- w 1939: na linii kursowało 8 par pociągów relacji Żagań - Jelenia Góra, dodatkowo przyspieszona para pociągów w dni wolne
- w 1948: 4 pary - 2 Jelenia Góra - Zielona Góra i 2 Jelenia Góra - Świeradów przez Lwówek
- w 1953: 7 par i dodatkowo 1 w dni robocze - w tym dwie pary do Poznania przez Zieloną Górę
- w 1967: jak wyżej z tym, że kursował nocny pociąg przez Żagań, Zieloną Górę do Szczecina - taka ilość pociągów utrzymywała się do końca lat 80. niestety przy pogarszających się czasach przejazdów
- lata 90. to wycięcie pociągów międzywojewódzkich i zamknięcie ruchu pasażerskiego na przedłużeniu linii z Lwówka do Zebrzydowej w latach 1996, 2007 i 2011, marginalizacja znaczenia linii i postępująca degradacja infrastruktury; przejęcie od 2000 r. ruchu na linii przez szynobus SA102 z lokomotywowni w Jeleniej Górze. Od 2009 r. przewozy pasażerskie na linii prowadzą Koleje Dolnośląskie

Kilometraż stacji (st.), przystanków (po.), ładowni (poł.) i odgałęzień bocznic (bszl.) liczony od osi stacji Jelenia Góra. Przedwojenny kilometraż niemiecki na tym odcinku linii pokrywa się z polskim. Pogrubieniem zaznaczono stacje węzłowe, kursywą obiekty nieczynne/nieistniejące:
- , Jelenia Góra, st., km 0,000
- , Jelenia Góra PEC, bszl., km 1,866
- , Jeżów Sudecki, po., km 3,519
- , Siedlęcin, po., km 7,321
- , Pilchowice-Zapora, po., km 11,168
- , Pilchowice-Nielestno, po., km 14,815
- , Pilchowice, mijanka, km 15,555
- , Wleń, st., km 18,004
- , Marczów, po., km 22,930
- , Dębowy Gaj, po., km 26,633
- , Lwówek Śląski, st. km 32,636

Na trasie istniały niegdyś następujące obiekty kolejowe (kilometraż niemiecki, ale zbieżny z obecnym):
- km 12,10 bocznica szlakowa nr 320 do kamieniołomu i szutrowni oddana do użytku w czerwcu 1906 w związku z koniecznością pozyskania kamienia do budowy tamy w Pilchowicach; bocznica posiadała wagę, budynek gospodarczy i 2-3 torów, fizycznie zlikwidowana około 1970 r.
- km 12,40 kolejna bocznica do kamieniołomu wykazana na mapie sieci kolejowej z 1940 r.
- km 14,81 bocznica do zakładów wapienniczych PILWAR w Pilchowicach - dodatkowo istniała jeszcze wąskotorowa kolejka przemysłowa (bocznica zlikwidowana w l. 70)
- km 15,90 mijanka Pilchowice-Nielestno (Towarowa?), po wojnie kilometraż 15,555 (?). istniejąca do lat 70, posiadała własną nastawnię "P"
- km 31,80 bocznica do kamieniołomu piaskowca (zaznaczona na mapie kolejowej z 1940 r.)
- bocznica w Lwówku Śląskim do słodowni browaru