Anleggstid
Det ble søkt om å drive jernbane for å frakte malm fra gruvene på Løkken, Høidal og Dragset 30. september 1897. 1. mars 1904 ble det gitt endelig konsesjon for Thamshavnbanen. Anleggsarbeidet startet i 1905 og allerede i 1907 kunne det settes i gang midlertidig godstransport på strekningen Thamshavn - Svorkmo. Banen åpnet 10. juli 1908.
Malmtransport
Når driften i gruva økte ble behovet for effektiv transport større. På det meste ble det transportert over 500.000 tonn malm pr år med Thamshavnbanen. Når utbyggingen startet var det planlagt at banen skulle gå mellom Thamshavn og Svorkmo og malmen skulle fraktes med taubane til Svorkmo fra gruvene rundt om, men den tekniske utviklinga var stor og det ble i løpet av anleggsperioden mulighet til å forsere de bratte stigningene mellom Svorkmo og Løkken med elektriske lokomotiv. Norges første elektriske jernbane åpnet til Svorkmo i 1908 og ble forlenget til Løkke i 1910.
Persontransport
Banen fikk persontrafikk fra starten av i 1908. For å få konsesjon til å drive jernbane forpliktet selskapet seg til å drive offentlig person- og godsbefordring. Det ble innkjøpt egne personvogner som skulle trafikkere banen. Sammen med dampskipstrafikk mellom Thamshavn og Trondheim ble persontrafikken populær og allerede i 1911 ble det anskaffet nye motorvogner som skulle gå i persontrafikken.
Utover 1950- tallet gikk persontrafikken stadig nedover og selskapet søkte flere ganger om å slippe dette konsesjonskravet. 30. april 1963 gikk det siste persontoget på Thamshavnbanen.