A második világháború utáni újjáépítés egyik legszebb gondolata olyan kisvasút létrehozása volt, amelyet a gyermekek működtetnek. Az ötletnek persze voltak ellenzői is, akik kételkedtek abban, hogy iskolások képesek lesznek felelősségteljesen ellátni a szolgálatot. Helyszínként szóba jött Gödöllő, a Margitsziget, a Népliget, végül - a nehéz terepviszonyok ellenére is - a látványosabb budai hegyek mellett döntöttek. Ebben szerepe volt annak is, hogy itt épült a Csillebérci Úttörőtábor, amely más tömegközlekedési eszközzel nem volt elérhető.
A nyomvonalat többször módosították. Északi végpontjának kezdetben Zugligetet képzelték, és egy szárnyvonalat is terveztek a mai Szépjuhászné és Budakeszi között. Végül a Széchenyi-hegy és Hűvösvölgy közti szakasz mellett döntöttek, a pálya így a fogaskerekű és a 67-es - korábban 56-os - villamos végállomását köti össze. Szempont volt az is, hogy a kisvasút közelítse meg a fontosabb kirándulóhelyeket, és az utasok előtt táruljon fel Budapest panorámája.
A vasút 236 méteres szintkülönbséget győz le, a pálya legmagasabb pontja 477 méter. A Kis-Hárshegy alatt alagutat és két hidat is építettek. Az állomásépületek tervezésével a MÁV legismertebb építészeit bízták meg, a vasúti kocsik egy része az Úttörővasút számára készült, további járműveket más kisvasutakról irányítottak át. A szerelvényeket kezdetben gőzmozdonyok húzták.
Az első kapavágást 1948. április 11-én tették a vasútépítő ifjúsági brigádok, az első három kilométeres szakaszt 66 munkanap után, 1948. július 31-én (a csillebérci Úttörőváros felavatásával egy időben) adták át a Széchenyi-hegy és az Előre állomás (ma Virágvölgy) között. Az első piros kisvonat elindítására Gerő Ernő közlekedési miniszter adott engedélyt, az ünnepségre az egész országból érkeztek úttörők. Az Úttörővasút teljes vonalát 1950. augusztus 19-én helyezték üzembe, a forgalom egy nappal később, az alkotmány ünnepén indult meg. A 11,2 kilométeres pályán hét állomás és két táblás megállóhely található, a teljes menetidő 45 perc.
Az Úttörővasúton évente hatszáz gyerek szolgált, ők látták el a forgalomirányítói, a pénztárosi, a kalauzi teendőket éppúgy, mint a postai feladatokat - később közülük sokan ezt is választották hivatásul. A felnőttek, a mozdonyvezetőket kivéve, csak felügyeleti jogokkal rendelkeztek. A jó tanuló, példás magaviseletű felső tagozatos diákok közül választották ki a szolgálattevőket, és nagy tisztességnek számított, ha valaki felölthette az úttörővasutasok mundérját.
A vasút fénykorát a hetvenes évekig élte, évente egymillió utast szállított. Bár megszüntetése is felmerült, a leromlott pályát 1989-ben felújították, majd 1998-ban, az első szakasz átadásának ötvenedik évfordulóján újabb nagyarányú felújítást végeztek. 1990-ben Gyermekvasútra változtatták a nevét, átkeresztelték az úttörőmozgalomra utaló megállókat, a gyermekvasutasok vörös nyakkendőjét pedig kékre cserélték, de egyéb jelentős változásokra nem volt szükség.
1991-ben megindult a nosztalgiavonatok közlekedése, 1992-ben Gyermekvasutas Múzeumot nyitottak.
