为了开发室兰地区的煤矿，进一步攫取塘南资源，1921年7月，由日资控制的塘阳矿业株式会社修建的运煤专用铁路室兰线通车，为1067mm轨距非电气化单线铁路。由于室兰线是当时里中塘地方唯一的交通运输手段，考虑到仅作为运煤用效益不高，之后日控全塘南铁路商务总局收购室兰线为公营铁道，开始办理客运，设置三道岭站、十条站、山脚站、室兰站、桐生坑站（今桐生站）。

塘南总督府收购室兰线为公营的理由如下：

1.收购后可连接至方南站（位于已废线的新界线上，今中塘地铁2号线方南站附近），再连接至满江车站，可以促进中塘县木灵郡（又叫“大木灵地区”，包含如今中塘广域市的方南、木灵、深沟、新界、石原、八幡及乌养一带。目前除方南与木灵合并为中塘市区部的木灵区外，其他地区皆属新中塘城）一带的农林物产运输发展。

2.通过室兰线从中塘去幽兰的路程，相比经由塘埠、八堡的路程更短，并且可以促进满江区的发展。

3.若室兰线延伸线开通后，可以提升中塘至塘埠的运输效率。

1945年善溪大宁国接管塘南，将室兰线全线轨距改为1372mm。1949年善溪大宁人民民主国推翻善溪大宁国，室兰线纳入新成立的善国塘南铁路管理局旗下。

到了1980年代，由于室兰村内煤矿场相继关闭，人口流失，室兰线的输送密度已经低于4000，根据1980年起推出的《塘南铁道改建法》的规定——将亏损的特定支线分离，由地方成立或既有私营公司接手经营，室兰线移交塘埠巴士经营（但车站和设施仍然由塘南铁道负责维护，车辆也是塘南铁道租出）。1992年，塘埠巴士被城市航线收购，故本线改为城市航线经营。1996年，塘埠巴士改为九头龙商会旗下成员，本线再次改为九头龙商会经营。

之后随着沿线风景和生态资源的建立，以及室兰火把节，室兰线也发挥了输送游客的功能，客流量开始回升。

1920年代，原本就计划将室兰线延伸至方南，以与新界线接轨，形成中塘里线的构想。但直到战争结束都还是在修建中的状态，更别提日军撤走之前还发动中塘大轰炸，这条路线被日军炸毁。

战后，塘南铁路局曾计划恢复新建“桐生-方南”支线，设置方南、木灵、深沟、双龙口、东木灵、武库、桐生等车站，但最后还是由于自身经营问题没有开通。

1986年，塘南铁路局再次提出室兰线延伸木灵计划。塘南省交通运输厅也曾在1994年规划从中塘地铁木灵站起，沿途设深沟、枫叶林、石原浦、娘娘庙等站，最后在桐生接轨室兰线的一条“中塘都会区休闲铁路”，最后因种种因素未能成功。

1997年、2000年、2002年、2014年先后四次都有人提出建议室兰线延伸至深沟，其中就包括时任中塘广域市知事、如今为塘南特首的易英先生。但是由于修建成本高、地形过于险峻，最终也未能成功。

几乎全数列车直通幽兰本线运行至八堡，或是直通欣澳线运行至海洋馆（2004年），八王子（2006年后），若是室兰火把节期间或室兰线沿线有重大活动时，室兰线会实施活动时刻表。