Mit der auch durch den neuen Eigentümer der ehemals Pücklerschen Besitzungen, des Prinzen der Niederlande, festgelegten Führung der Hauptbahn Cottbus - Görlitz über Weißwasser war sicher, dass auch Muskau eines Eisenbahnanschlusses bedurfte. Die Hauptbahn über Weißwasser wurde 1867 eröffnet, und bereits 1870 wurde, unter Berücksichtigung der Interessen des Prinzen der Niederlande, das Projekt einer südlich an die Stadt heranführenden und den Park nicht berührenden Trassenvariante vorgelegt. 1871 wurde die Halle - Sorauer Eisenbahn über Teuplitz eröffnet (heutige Namen: ?ary und Tuplice), welches bereits damals für eine Weiterführung der Strecke von Muskau in nordöstlicher Richtung in Betracht gezogen wurde. Nach einem Dreivierteljahr Bauzeit wurde die Strecke bis Muskau am 15. Oktober 1872 für den Güter- und Personenverkehr eröffnet, das Bahnhofsgebäude einige Monate später. Bereits 1873 wurde ein Gleisanschluss an die Eisenhütte Keula errichtet.
Die Verlängerung der Strecke nach Sommerfeld/Lubsko ging in zwei Teilabschnitten von Nordosten her erst 1896/1897 in Betrieb. Die Bedeutung für die Wirtschaft auch östlich der neiße kommt in der Errichtung von neun privaten Werksanschlüssen der Ton- und Glasindustrie unmittelbar nach der Eröffnung zum Ausdruck. Die achtbogige Brücke über die Neiße ist eine interessante genietete Fischbauchkonstruktion, welche, auch nach Beseitigung von Kriegsschäden heute noch nahezu unverändert - als Radweg genutzt wird.
1918 wird die Strecke durch die Grubenbaue der Braunkohlengrube „Caroline II“ durchörtert. Anschlussgleise erhalten am neuen Betriebsbahnhof der Gräflich von Arnimschen Kleinbahn der Lagerschuppen der Köbelner Papierfabrik KÖMAG, die Deutschen Ton- und Steinzeugwerke, das Dachsteinwerk Tiesler und weitere. In Weißwasser ist östlich des Bahnhofes das Versandgebäude der Vereinigten Lausitzer Glaswerke angeschlossen. Recht umfangreiche Gleisanlagen besaßen die neuen Oberlausitzer Glashüttenwerke, später OSRAM, Spezialglaswerk bzw. heute TELUX, ab den 1970er Jahren dessen Neuwerk und das Sägewerk. Allein vom Spezialglaswerk werden täglich große Mengen Glühlampenkolben ins NARVA-Werk nach Berlin gefahren.
1939 wird die bis dahin noch privat betriebene Bahn verstaatlicht. 1945 zerstört die Wehrmacht die Neißebrücke. Mit der Grenzziehung wird die Strecke östlich der Neiße von der PKP betrieben; ein grenzüberschreitender Bahnverkehr wird nicht wieder aufgenommen. Die Neißebrücke wird als strategisch wichtige Verbindung bis 1989/90 betriebsfähig erhalten.
Der letzte Personenzug verkehrt 1977, während die Bahn im Güterverkehr unverzichtbar ist. Im Jahr 2000 wird letztlich der verbliebene Güterverkehr auf der Strecke eingestellt und die Schienen in Folge demontiert.
Die Bahnstrecke ist eisenbahn-, industrie- und regionalgeschichtlich von Interesse.

LfD-BKM/2023