Treungenbanen ble tatt i bruk midlertidig fra Arendal til Froland i 1908. I desember 1910 begynte trafikken til Åmli og første etappe av banen var ferdig. Tre år senere ble banen tatt i bruk helt frem til endestasjonen Tveitsund.
Frem til 1913 ble navnet Arendal–Aamlibanen brukt. Etter at banen var ferdig til Tveitsund ble navnet Tveitsundbanen brukt. Endestasjonen endret navn i 1926 og Treungenbanen ble da det vanlige. Dette var en isolert bane frem til Sørlandsbanens åpning til Nelaug i 1935. Samtidig ble strekningen Arendal–Nelaug lagt om til normalspor, og i en treårsperiode frem til Sørlandsbanen var ferdig videre til Kristiansand, ble Arendal endestasjon for Sørlandsbanens tog. Forbindelsen Oslo V–Arendal ble høytidelig åpnet 9. november 1935.
Strekningen ovenfor Nelaug var smalsporet frem til 1946 og ble nedlagt fra 1. oktober 1967. Strekningen fra Nelaug til Simonstad (7 km) ble gjenopprettet som et sidespor i 1971 og var i bruk for tømmer- og flistransport frem til 2006. Den gjenværende strekningen ovenfor Nelaug har betegnelsen Sidesporet Nelaug–Simonstad. Sporet er trafikkert av veterantog.
