Die Streckenführung stellte hohe Anforderungen, denn 31 km waren mit Steigung und 14,5 km Kurven, 57 Brücken und 5 Tunnel zu bauen. Die Baukosten waren 3,6 Millionen Mark. Die Bahn endete in Geising und die Fahrzeit betrug etwa 150 min.
Der Personenverkehr förderte die Tourismusentwicklung und den Wintersport im Osterzgebirge.
Die Bahnlinie war eine der wirtschaftlichsten Schmalspurbahnen. Schon 1914 beschloss man, die Bahnstrecke bis nach Altenberg zu verlängern. Der wurde 1919 begonnen und 1923 war die 5,5 km lange Umfahrung des Geisingberges fertiggestellt.
Am 8. Juli 1927 wurden große Teile der Bahnlinie vom Hochwasser zerstört, 39 Menschen verloren ihr Leben.
1934 beschloss die Reichsbahn, die Strecke auf Normalspur umzubauen. Dieses dauerte bis 1938.
Der Zweite Weltkrieg schränkte den Fremdenverkehr stark ein. Im April 1945 wurden die Bahnanlagen in Glashütte, Bärenhecke-Johnsbach und Altenberg bei Luftangriffen beschädigt. In den letzten Tagen des Krieges im Mai erfolgten weitere Beschädigungen bei Angriffen auf Altenberg und Glashütte. Das schnelle sowjetische Vorrücken nach Prag verhinderte aber die planmäßige Zerstörung der Bahnlinie.
Obwohl die Müglitztalbahn baulich weitgehend intakt den Krieg überstand, war der Neuanfang schwierig. Lokomotiven und Waggons wurden abgezogen.
Erst 1949/50 kam es zu einer Normalisierung und erster Wintersportsonderzüge fuhren wieder.
Mitte der 1960er Jahre gab es neun Anschlussstrecken für 14 Betriebe. Neben dem Ausflugsverkehr hatte sie große Bedeutung für die Arbeitspendler ins Elbtal.
