Um die Jahrhundertwende war der Leipziger Südraum wegen der Braunkohleindustrie flächendeckend mit Eisenbahnstrecken erschlossen. Mit Verbindungen Leipzig–Gera, Gaschwitz–Meuselwitz und Leipzig–Hof bestanden Strecken, die von Leipzig nach Süden verliefen. Eine Querverbindung bot auf thüringischem Gebiet die Strecke Zeitz–Altenburg. Besonders Pegau und Groitzsch hatten Interesse an einer weiteren Strecke.
Im November 1907 begannen die Bauarbeiten, eröffnet wurde sie am 1. Oktober 1909. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde die Bahnstrecke als Reparationsleistung teilweise abgebaut. Der Verkehr ruhte seit 1947. Zehn Jahre später erfolgte die Wiederinbetriebnahme. Die Haltepunkte Droßdorf, Pödelwitz, Großstolpen und Pegau Ost erhielten neue Empfangsgebäude.
1999 erfolgte die Stilllegung auf Grund fehlender Bedeutung. Einen Teil des Bahndamms im Bereich der Bundesstraße 2 kaufte die Stadt Pegau, um das Wohngebiet Ratsziegelei besser vor Hochwasser schützen zu können. Für Uneingeweihte ist heute wenig von der ehemaligen Bedeutung dieser Strecke sichtbar.