1905-ben épült meg a Nyíregyháza–Dombrád közötti vonal, amely 1911-ben balsai szárnyvonallal bővült. 1930-ban a Balsai Tisza-híd átadásával kapcsolatba került a Bodrogközi Gazdasági Vasúttal, és a Pálházi Állami Erdei Vasúttal, így Nyíregyháza kapcsolatba került Sárospatakkal és Sátoraljaújhellyel is kisvasúton. A kapcsolat a híd 1944-es felrobbantásáig tartott, amely azóta sem épült újjá.
2009. szeptember 17-től „ideiglenesen” szünetel a forgalom Herminatanya és Dombrád, illetve Herminatanya és között, 2009. december 13-tól, a 2009/2010. évi menetrendváltástól viszont a teljes hálózaton leállt a forgalom, beleértve a Nyíregyháza–Herminatanya közötti vonatokat, és a korábban leállított részeken közlekedő vonatpótló buszjáratokat.
A Nyírvidéki Kisvasút különlegessége, hogy a többi keskenynyomközű vasúttal ellentétben nem csak teherszállítás céljából épült, már korán nagy hangsúlyt kapott a személyszállítás is. A Nyíregyházavidéki kisvasutak Részvénytársaságáltal épített kisvasút 760 mm nyomtávolságú, 56 km-es fővonalát Nyíregyháza és Dombrád között 1905. december 20-án adták át. A személyforgalom igen korán, 1906. március 24-én indult meg ezen a vonalon. Ez nagyon korai volt, hiszen az erdei kisvasutak körében először 1923-ban (Lillafüreden) indult meg.
A Buj község Herminatanya állomásától Balsáig tartó 15 km-es szárnyvonalat 1911. augusztus 5-én nyitották meg. Ezen már az átadás napján jártak személyvonatok. A felépítményt 12 kg/fm tömegű sínekből építették, a pályára 5,5 tonna tengelyterhelést engedélyeztek.A Nyíregyháza belterületén haladó, Sóstóig tartó nyolc kilométeres szakaszt 1911-ben villamosították, így a helyi közlekedést villamos motorkocsikkal oldották meg.
Az egyesítés
1930. október 23-án adták át Kenézlő és Balsa közötti vonalat a Balsai Tisza-híddal együtt.Ezzel a Nyírvidéki Kisvasút közvetlen összeköttetésbe került Bodrogközi Gazdasági Vasúttal, amely már az Északerdő Zrt. tulajdonában lévő Pálházi kisvasúttal eleve össze volt kötve. Az összekapcsolt pályák együttes hossza meghaladta a 187 kilométert.A személyszállító vonatokezat kdetben benzin-elektromos, majd dízel üzemű mozdonyok vontatták. Az áruszállításban ekkor még gőzmozdonyokat alkalmaztak. 1937-től Nyíregyháza és Sárospatak között gyorsmotorvonatok közlekedtek. A Tisza nevű könnyű pótkocsis motorkocsival közlekedtetett menetrend szerinti járatokkal elért 60 km/h-s sebesség ma is rekord a keskeny nyomközű közlekedés hazai történetében. A vasúton mind a személy-, mint a teherforgalom jelentősen fellendült, aminek a második világháború vetett véget. 1944 októberében a visszavonuló német csapatok felrobbantották a katonailag fontos Balsai Tisza-hidat, mely soha nem épült újjá, így megszűnt a Bodrogközi kisvasúttal az összeköttetés, ezáltal a hálózat végleg két részre szakadt, bár egy ideig a hidat kompokkal tudták pótolni. Ezután az utasok komppal szállhattak át egyik vonatról a másikra. A Hegyközi Kisvasutat 1980-ban számolták fel.
Az államosítás után
A második világháború után 1948-ban ezt a vasutat is államosították, ekkor a MÁV Debreceni Vasútigazgatóságához került. 1949-ben összevonták a Bodrogközi Gazdasági Vasúttal Nyírbodrogi Kisvasút néven. Az államosítás után megkezdődött a vasút korszerűsítése. A modern járművek beszerzése megkövetelte a pálya átépítését is. A kopott, 12 kg/fm tömegű síneket 23 kg/fm-esre cserélték, a vágányt több helyen vasbetonaljakkal erősítették meg.Az 1960-as évek elején leselejtezték a már csak tehervonatok továbbítására használt gőzmozdonyokat. A villamosközlekedés 1969. május 30-án, menetrendváltáskor szűnt meg, a belvárosi vasúti pálya felszámolásával egy időben. A belvárosi nyomvonal helyett egy várost elkerülő szakasz épült a 100b vasútvonallal párhuzamosan, mely a sóstói felüljáró után Sóstógyógyfürdő állomáson csatlakozik a vonalhoz. A vasútüzem teljes felszámolása is napirenden volt, de ezt a vonatok viszonylag nagy kihasználtsága miatt elvetették.
A kisvasút napjainkban
Az 1990-es évek elején újra felmerült a kisvasút megszüntetése, azonban az utazóközönség továbbra is igényt tartott a vasútra, így elálltak a tervtől. 1944-ben felrobbantották a Balsai Tisza-hidat, mely soha nem épült újjá, így megszűnt a Bodrogközi kisvasúttal az összeköttetés, bár egy ideig a hidat kompokkal tudták pótolni. 1980-ban megszűnt a Bodrogközi kisvasút, de a Balsai Tisza-partra ezután is jártak személyvonatok. Ez a szakasz minden áradásnál víz alá került.
2000 körül elkezdődött a kisvasút fokozatos leépülése. Ez a járműparkban és az egyre rosszabb állapotú pályán mutatkozott meg. Gyakoriak voltak az autóbusszal történő pótlások, melyekre azért volt szükség, mert a műszaki állapotok miatt nem tudtak vonatok indulni. A kisvasút ekkoriban egyik napról a másikra élt. Pénzhiány miatt csak kisebb tűzoltás jellegű karbantartásokat tudtak végezni, nagyobb felújításokra nem volt pénz. A teherszállítás megszűnésével pedig csak az utasszállítás maradt az egyetlen kiszolgált terület, ám a kisvasút sem az utazási idő, sem a kényelem tekintetében nem vehette fel a versenyt az autóbuszokkal. A közelmúltban a vonatok kihasználtsága változó volt, az utasok többsége Nyíregyháza-Vásártér, valamint Kótaj megállókig utazott. Az avuló, koros pálya és az utóbbi években elmaradó fejlesztések, valamint az utasigényeket nem megfelelően kiszolgáló menetrend miatt a kisvasút komoly utaselpártolást szenvedett, ami később a vasút végét is jelentette.
Megszüntetés
A kisvasúton 2009. december 12-én megszűnt a forgalom a pálya és a járművek rendkívül rossz állapota és a rendkívül alacsony kihasználtság miatt. A kisvasút fenntartása már nem volt gazdaságos, felújítás rengeteg sok pénzbe került, ezért az olcsóbb megoldást, a megszüntetést választották. A menetidő a 39 km hosszú Balsai-Tiszapart ↔ Nyíregyháza közötti szakaszon a 2008-as menetrend szerint 2 óra volt. Ezt aztán a tekintélyes késések tovább növelték. A nagy menetidő nem az emelkedés és nem is a sokáig tartó utascsere miatt volt, hanem a rengeteg lassújel miatt.
Jelen
A pályán jelenleg semmilyen üzemszerű közlekedés nem zajlik. Néha a C-50 típusú mozdonnyal pályabejárásokat tartanak. Két Mk48 típusú mozdonyt és néhány kocsit átvett a 2016. május 1. óta Felcsúton működő Vál-völgyi Kisvasút.
Jövő
Mint a legtöbb leállított forgalmú kisvasúton, itt is felmerült az újraindítás gondolata. Egy civil egyesület azért dolgozik, hogy újraindítsák a kisvasutat. Az üzemeltetést magáncégként képzelik el. Egyelőre pénzhiány miatt nem indították újra a vasútüzemet. Sem a pályának, sem a járműveknek nem lenne elég egy kisebb mértékű felújítás. A másik szintén súlyos probléma az, hogy a turisták semmilyen alternatívát nem kapnak a kisvasúttól a buszokkal szemben. A környék nevezetességei közúton is elérhetőek. A vasút ezen úticélok eléréséhez csak nagyobb menetidőt kínál, és mivel a puszta közepén halad, nem nyújt nagy élményt az utazás egy átlagos embernek egy erdei vasúttal szemben.Más elképzelések szerint egy elővárosi villamos járhatna a kisvasút helyén, ám ehhez szinte teljesen újjá kéne építeni a vonalat.A harmadik elképzelés, hogy felszedik a síneket és a jelenleg kihasználatlan pálya helyén más hasznos dolgot, például bicikliutat építsenek.A kisvasút jövője egyelőre bizonytalan, és az idők múltával csak egyre rosszabb állapotba kerül.
1980-ban Mk45 típusú mozdonyok érkeztek a kisvasútra a Bordogközi Gazdasági Vasútról. Nagy teljesítményük minden feladatra alkalmassá tette őket, de nagy tengelyterhelésük miatt túlzottan igénybe vették a pályát, ezért 1994-ben a Gyermekvasútra szállították őket.
Járműállomány 2009-ben