La ligne Dunières - Firminy faisait partie à l'origine d'une ligne plus importante reliant Firminy à Annonay et au-delà, à Saint-Rambert-d'Albon, dans la vallée du Rhône. La section de Firminy à Annonay, par Dunières et Bourg-Argental aurait été déclarée d'utilité publique en décembre 1875, puis concédée à la compagnie du PLM (Paris-Lyon-Méditerranée) par une convention signée en mai 1883, et enfin ouverte au trafic en septembre 1885.

La gare de Dunières devient gare de correspondance avec la compagnie des chemins de fer départementaux (CFD) en 1902.

En juillet 1991, la section Firminy - Dunières ferme au trafic de voyageurs. Le trafic de marchandises ferme, lui, en décembre 2003. La ligne est désormais classée comme ligne non exploitée.