羊皮紙は古代から文学や神聖な文書の筆写に使われてきた。エジプトや小アジアの一部ではより安価で入手しやすいパピルスを使ったが、これはエジプトほど気候が乾燥していない土地では傷みやすくカビなどに侵されやすかった。このような理由で序々にパピルスは羊皮紙に置き換わっていった。またパピルスは表裏で繊維の方向が違うため裏面は使いにくかったが、羊皮紙は両面を同様に使うことが出来た上に、冊子となってもパピルスにくらべずっと扱いやすかった。2世紀頃、ペルガモン図書館の蔵書はパピルスから羊皮紙に置き換えられていった。ウァロやプリニウスによるとこの転換はライバルであるアレクサンドリア図書館のペルガモンへのパピルス禁輸が原因であるとされているが、実際にはそれよりずっと以前から羊皮紙は使われ出しており、またアジアの一部でもパピルスは栽培されていた。インクが染み込みにくいので、書き損じは削って直せるという利点があり、そのため公文書などが改竄されることもしばしばあった。また古い写本は表面を削って再利用することがあった。このように再利用された写本のことをパリンプセスト (palimpsest) と呼び、状態によっては元の文書が判読可能な場合がある。インクとして、中世には砕いた没食子を水で溶いたものとアラビアゴムの混合物を煤または鉄塩で着色したものを使った。これは褪色すると赤褐色ないし黄色になった。ときに銅塩も使われたが、これは灰緑色に褪色した。イカ墨を使った時代もあった。ペンは古代には葦が、その後中世には鵞鳥などの羽根ペンが使われるようになった。
こうしてできた乾いて薄く不透明な羊皮紙は皮の周縁の半端な部分を切り落としてだいたい長方形とし、さらに磨き上げ、インクのにじみを防ぎ不透明にするためチョークや石膏の粉末を振って軽石で表面をこすり完成品となる。ヨーロッパでは製品はダース単位で売買されることが多かった。端切れは護符などを作る材料として写本用とは別に売られた。なお、これらの工程は物理的な加工であり、皮の構成物質であるコラーゲンをタンニン等と化学的に結合させるなめしとは基本的に異なる。
脱毛が終わってたっぷりと水気を含んだ皮を紐を使い木枠に強く張る。近年では皮の周縁に紐を結び、枠に等間隔で穿った穴に差し込んだ木栓に紐の他端を巻き付け、木栓をねじることにより紐の張力を調整する。この際、剥皮または脱毛工程中につけた傷を見逃すと展張によって皮に円ないし楕円形の穴が開くことがあるので、事前に傷を見つけた場合は糸で縫い合わせる。どちらかというと実用本位だった中世の修道院で作られた写本にはこのような穴がぱっくり開いたページを見ることは珍しくない。こうしてピンと張った皮の両面、特に肉面を、三日月型のナイフ (lunellum) で強く削る。これにより皮が伸びるので、木栓を回し木枠側の紐を締めて皮を常にピンと張った状態に保つ。その後枠に張ったまま皮を乾燥させる。完全に乾いたらさらにまた削ぎ取りを行う。皮の銀面の光沢が残っていると書きにくいので、この段階で残っていれば完全に削り取る。最終的に皮は太鼓に張ったそれのような状態になる。
冷たい流水の中で時間をかけて汚れを洗い落とす。次に毛を抜きやすくするために木か石の水槽に入れた石灰乳（消石灰の懸濁液）に10日間ほど皮を浸し、その間日に数回木の棒を使って撹拌する。この工程で原皮の保存のために使われた塩分や余分な脂肪分も取り除かれる。水槽から取り出した皮は中央が幾分高くなった木の台の上に広げ、両端に握りのある長い湾曲したナイフで毛をこすり取る。銀面（毛が生えていた、一種の光沢をもつ面）の表皮が残っていればそれも削り落とす。こうして脱毛した皮は石灰分を除くため、さらに2日ほど流水でゆすぐ。この石灰乳を使う方法は3世紀に発見された。温暖な地方では、生皮を日の当たる場所に放置して皮を軽く腐敗させ、毛を抜きやすくする場合もあった。
羊皮紙職人は寄生虫による傷や皮膚病の跡のない原皮を選び出す必要があった。古代にはこうした疾病が原因で羊皮紙の製造に適さない原皮はかなり多かったと見られる。老獣の皮を使った場合でも上質の羊皮紙が出来るが、仕上がりは厚めになる。最も厚手の羊皮紙は太鼓やタンバリンの皮として使われる。毛の色は製品の色調に影響した。毛色が白い動物の皮からは白い羊皮紙ができる傾向があり、斑のある動物の皮からは、一般に好まれる微かな褐色の模様のある羊皮紙ができたという。
1958年（昭和33年）10月から、東京 - 博多間を結ぶ特急「あさかぜ」に投入され運行を開始した。これ以後本州・九州における寝台特急列車に広く投入され、日本各地に寝台特急列車網を構築した功績は大きい。後継となる14系や24系客車が拡充された1970年代後半以降は、設備が時代に合わなくなってきたため、本来の定期特急列車の運用から外されて急行列車ならびに臨時列車の運用が主体となる。1980年（昭和55年）10月の「あけぼの」の24系化を最後に特急での定期運用が消滅し、1980年代後半からは塗装のうちドア部分や最上部の白帯が省略された。1985年3月のダイヤ改正では余剰車を1985年（昭和60年）3月17日 - 9月16日に茨城県筑波郡谷田部町（現在のつくば市御幸が丘）で開催された国際科学技術博覧会（つくば博・科学万博）へのアクセス列車「エキスポライナー」「エキスポドリーム」に投入した。1986年（昭和61年）11月には「だいせん」「ちくま」を最後に急行列車での定期運用も終了。1987年（昭和62年）の国鉄分割民営化時には主に臨時列車用として東日本旅客鉄道（JR東日本）に34両、西日本旅客鉄道（JR西日本）に63両が承継され、「カートレイン九州」や「シュプール号」などの臨時列車に使用され、特に「カートレイン九州」は20系の特急列車としては最後の存在だった。しかし、老朽化により年々廃車されると同時に運用も減少し、末期には予備車扱いで少数が残存するのみであった。1997年（平成9年）11月29日、JR西日本で本系列の最終運用となる新大阪発岡山行き快速「さよなら20系客車」が運転され、翌1998年（平成10年）までに全車廃車となった。