Trwający od początku XX w. rozwój kolei wąskotorowych w okolicach Starachowic był ściśle związany z miejscowymi zakładami przemysłowymi i wydobywczymi. W tym czasie powstała sieć kolei o szerokości toru 750 mm łączących starachowicki Wielki Piec z tartakiem na Bugaju, kopalniami rudy żelaza oraz licznymi ładowniami drewna. Wybudowana sieć liczyła ok. 60 km, zaś łącznie z kolejką lasów państwowych (z 1938 r.) na południe od Starachowic (w rejon Wykusu) – ponad 80 km.

Po wojnie zdecydowano o budowie kolei PKP łączącej Starachowice z Iłżą wykorzystując część istniejącego już torowiska (ukończono w 1950 r.). Na liczącym 20 km odcinku prowadzono głównie ruch towarowy oraz ruch pasażerski (w szczytowym okresie do 6 par pociągów dziennie). W latach 60-tych na skutek zamykania kopalń oraz ograniczenia transportu drewna przewozy zaczęły spadać. Ostatecznie w 1997 roku PKP zawiesiło wszelkie przewozy, a tabor przekazano na inne sieci wąskotorowe. Na przełomie wieków, na leśnych odcinkach dokonano masowych kradzieży toru, powodując brak ciągłości linii na całej trasie.

Od 2003 r. właścicielem SKW jest Powiat Starachowicki. Dzięki mediacji Fundacji Polskich Kolei Wąskotorowych zarządzanie koleją od PKP przejęło Starostwo Powiatowe w Starachowicach. FPKW wraz z wolontariuszami reaktywowała ruch na trasie i była pierwszym operatorem. Obecnie kolej funkcjonuje na dwóch odcinkach: starachowickim i iłżeckim.