Hydro-eide Norsk Transportaktieselskab anla i 1909 en transportlinje fra Rjukan til Frierfjorden bestående av jernbane fra Rjukan til Mæl (Vestfjorddalsbanen), jernbaneferge fra Mæl til Tinnoset, jernbane fra Tinnoset til Notodden (Tinnosbanen) og lektertransport videre til Menstad. Baneselskapet fikk navnet Rjukanbanen.
Tinnosbanen fra Notoden til Tinnoset ble høytidelig åpnet i 1909 og elektrifisert allerede i 1911. Tinnosbanen, ble overtatt av et statsbaneselskap og administrert av NSB fra 1. juli 1920. Norsk Hydro hadde også interesser i dette selskapet.
I desember 1916 ble Tinnosbanen tilknyttet den nybygde Bratsbergbanen, som gikk fra Notodden og sørover. Etter ett år med midlertidig trafikk ble det fra 17. desember 1917 vanlig trafikk. Fra 1923 ble banenavnet Bratsbergbanen tatt i bruk for hele strekningen fra Porsgrunn til Tinnoset. Bratsbergbanen ble en ren statsbane fra 1. juli 1955. Bratsbergbanens strekning Hjuksebø-Tinnoset ble fra 6. januar 2008 gitt navnet Tinnosbanen.
Persontrafikken mellom Notodden og Tinnoset ble nedlagt fra 1. januar 1991. I forbindelse med nedtrapping av Norsk Hydros virksomhet på Rjukan opphørte den ordinære godstrafikken fra 5. juli 1991. Senere var en en kortere tid noe tømmertransport fra Gransherad og det ble også kjørt noen turisttog på strekningen. Strekningen er midlertidig stengt fra juni 2012.
Tinnosbanen ble fredet i 2011-2012 og inngår i transportlinjen som fikk verdensarvstatus i UNESCO 2015.
