De Stoomtrein Valkenburgse Meer vindt zijn oorsprong in de Katwijkse duinen. Op het in totaal 12 kilometer lange smalspoornet van de toenmalige Leidsche Duinwater Maatschappij (LDM) vond in 1969 een excursie plaats van smalspoorenthousiastelingen.
De LDM gebruikte het smalspoor voor controle van de vele diepwaterputten in het duin en voor de aan- en afvoer van zand en materialen.

Het smalspoortraject lag al voor de Tweede Wereldoorlog door de duinen en werd tijdens de oorlog ook gebruikt voor de constructie van bunkers en de tankmuur voor de Atlantikwall.

De excursie leidde tot de oprichting van de Nederlandse Smalspoorweg Stichting (NSS) in 1970, met tot doel industrie- en aannemerslocomotieven in werkende conditie voor de toekomst te bewaren. Met de LDM werd een overeenkomst gesloten, waardoor de NSS met haar collectie van de sporen gebruik mocht maken, waarbij tevens was overeengekomen dat de NSS zorg zou dragen voor het onderhoud van de baan. Dat viel samen met de groei van de collectie van de NSS, want juist in die tijd werd veel smalspoor bij bedrijven uitgefaseerd. Op het terrein van de LDM was allengs geen plaats meer om al het materieel te stallen. Ook de LDM ging moderniseren, waardoor op het terrein het smalspoor ook in de klem kwam te zitten.

Toen door de provincie de mogelijkheid werd geboden te verhuizen naar de recreatieplas “Het Valkenburgse Meer” met al zijn mogelijkheden, ging een wens in vervulling voor de NSS. Op de nieuwe locatie kon in het museum voor het eerst al het materieel getoond worden aan het publiek, iets dat voorheen in de duinen niet mogelijk was. In augustus 1992 werd voor het laatst gereden op het traject door de duinen, waarna de grote verhuizing naar Valkenburg plaatsvond. Op de laatste dag van exploitatie in de duinen liep het werkelijk storm met bezoekers. De stoomtreinen reden af en aan om iedereen, die afscheid wilde nemen van het “treintje in de duinen” te kunnen vervoeren.

Kort na de laatste ritten werd begonnen met het opbreken van het spoor. Het spoor werd ook naar Valkenburg gebracht en hiermee werd de huidige 3,2 kilometer lange spoorlijn aangelegd rond het meer. In 1993 opende het Nationaal Smalspoormuseum op bescheiden schaal haar deuren aan het Valkenburgse Meer.

In het zomerseizoen werden een aantal zaterdagen (eerst vijf, later negen zaterdagen) voor publiek gereden. Deze inkomsten waren hard nodig voor het onderhoud en uitbreiding van de collectie. Aanvankelijk werden de passagiers vervoerd op personenwagens op kipkaronderstellen. De komst van het Borniarijtuig kondigde hier verandering in aan en in de loop der jaren werden er steeds meer rijtuigen gebouwd voor het passagiersvervoer.

De duinen vormden een fantastisch decor voor de stoomtreinen.

Er waren nagenoeg geen rechte stukken en er waren een aantal flinke hellingen te nemen, waarbij de stoomlocomotieven soms tot het uiterste moesten gaan. Voor vele bezoekers was de stoomtreinrit dwars door een natuurgebied een bijzondere ervaring.

Er zijn diverse grote spoorprojecten geweest, o.a. het herleggen van bochten en het maken van aansluitingen tussen de diverse stukken spoor. Een grote groep medewerkers was betrokken bij het baanonderhoud, terwijl de stoommachinisten in de beperkte werkplaats te Katwijk het onderhoud van de locs voor hun rekening namen.

In de jaren '80 werd het accent gelegd op het behoud van de duinen als natuurgebied, meer dan als waterzuiveringgebied. Nieuwe zuiveringstechnieken maakten dat ook mogelijk. In een dergelijk natuurgebied was geen plaats meer bedacht voor een stoomtrein, die steeds meer publiek begon te trekken.