1888年（明治21年）7月15日の朝、7時30分ないし7時45分頃、磐梯山は噴火を起こした。噴火とともに山体崩壊が発生して磐梯山北麓の集落が埋没し、更には山体崩壊の崩壊物は泥流となって長瀬川を流れ下った。また磐梯山東麓の主に琵琶沢流域には、土石流と火砕サージに伴う爆風（ブラスト）が襲った。そして湯治のために磐梯山中腹の温泉に滞在していた人々の多くが噴石などに襲われてその多くが亡くなり、死者477名を出す大惨事となった。これは明治以降の日本の火山災害の中で最大の犠牲者数である。1888年の磐梯山噴火はまた、明治時代、欧米からの科学を受け入れ始めた日本において、これまでの外国人主導から日本人へと科学の担い手が移り変わる時期に当たっていた。日本における火山についての研究はようやく始まったばかりであり、磐梯山噴火は日本の火山研究が盛んになっていくきっかけとなった。中でも後述の帝国大学の関谷清景、菊池安による磐梯山噴火関する研究は、日本における総合的火山研究の始まりであると評価されており、また関谷、菊池は噴火後の磐梯山で地震計による連続観測を実施し、日本で初の器械を用いた科学的火山観測であるとされている。更に関谷、菊池による論文は、その後の火山観測、火山災害についての研究の指針となった。噴火直後、農商務省地質局、内務省地理局、そして帝国大学の研究者が現地に派遣された。各研究機関の職員は独自に現地調査、研究を進め、調査研究成果をそれぞれ論文として発表している。また当時活動していたお雇い外国人の研究者たちも磐梯山の現地調査を行い、成果を論文として発表している。ところが各論文の内容を見ると噴火についての大きな見解の相違が見られ、結果として後世の研究者たちは、相矛盾する磐梯山噴火後の研究調査報告論文のいずれかを選択し、研究を進めていかねばならないジレンマがある。これまで多くの研究者は帝国大学の関谷清景、菊池安の研究成果をもとにそれぞれの研究を深化させている。しかし関谷、菊池の研究を基にした研究者間でも、例えば噴火の規模が大規模であったという説と、噴火そのものは小規模であったものの、急峻かつ不安定な山体が噴火を引き金として大崩落したという説が対立している等、磐梯山の噴火と山体崩壊のメカニズムや実態については、明らかになっていない点が数多く残されている。
もともとは羽幌町の炭鉱開発と運炭、そしてニシンの輸送を主な目的として建設された路線だった。大きく留萠駅 - 羽幌駅間と羽幌駅 - 幌延駅間に分けられ、この2つの区間がそれぞれ留萠駅と幌延駅を起点として、南北から建設が進められた。留萠駅 - 羽幌駅間は軽便鉄道法により計画され、国有鉄道留萠線（るもいせん）の支線として1927年（昭和2年）10月25日に開業した路線である。1931年（昭和6年）8月15日までに古丹別駅までの区間が開業した後、同年10月10日に留萠線から分離され、羽幌線に改称された。羽幌駅 - 幌延駅間は、改正鉄道敷設法別表第144号に規定する「天塩国羽幌ヨリ天塩ヲ経テ下沙流別付近ニ至ル鉄道」である。1927年（昭和2年）8月には幌延村長の高橋文之助から農林政務次官東武（あずまたけし）に宛てた陳情書の中には「遠別線鉄道促成ノ件」が挙げられていた。1932年（昭和7年）2月には幌延・天塩間の線路選定が終わり、1935年（昭和10年）6月30日に国有鉄道天塩線として、幌延駅 - 天塩駅間が開業。1936年（昭和11年）10月23日には天塩駅 - 遠別駅間が延伸開業した。これらの建設工事は太平洋戦争により一時中断したものの、1958年（昭和33年）10月18日に最後の未開通区間である初山別駅 - 遠別駅間が開業。これに伴い天塩線が羽幌線に編入され、留萠駅 - 幌延駅間が全通した。なお、開業当初は、羽幌線の列車は留萠駅を発車した後、深川方面の東留萠信号場まで1.3 km 走行し、同信号場でスイッチバックして羽幌方面に北上していた。これを解消するため、1941年（昭和16年）12月9日に留萠駅 - 三泊駅間が新線に付け替えられ、留萠駅にも羽幌線用の4・5番ホームが新設された。なお、東留萠信号場 - 留萠駅間は留萠本線・羽幌線の二重戸籍区間だったが、新線敷設と共に解消され、東留萠信号場も廃止された。全通後、炭鉱の閉山とニシン漁の不振、沿線人口の減少によって貨物・旅客の輸送量が減り、並行道路（国道232号）の整備も進んでいたため存在意義を失っていった。国鉄再建法の施行に伴い、1984年（昭和59年）6月22日に特定地方交通線（第2次）に選定され、北海道旅客鉄道（JR北海道）へ承継されることなく、国鉄分割民営化前々日の1987年（昭和62年）3月30日に廃止。本路線の廃止が、国鉄最後の路線廃止の事例となった。なお、「留萠駅」「留萠本線」は羽幌線営業時・廃止当時の表記で、羽幌線廃止後の1997年（平成9年）4月1日にそれぞれ「留萌駅」「留萌本線」に変更されている。