Budowę linii podzielono na dwa odcinki. Budowę pierwszego odcinka - od Legionowa do Wieliszewa - ukończono w 1907 r[3]. Drugi odcinek - od Wieliszewa do Tłuszcza - oddano do użytku 22 sierpnia 1936[4]. Elektryfikację linii zakończono 27 maja 1972 r[3], a 24 czerwca 2000 r. zawieszono ruch pasażerski.
Ruch pasażerski na linii przywróciły Koleje Mazowieckie w czerwcu 2006, początkowo uruchamiając pociąg „Zegrzyk” w relacji Warszawa Gdańska – Tłuszcz, a następnie wydłużając relacje pociągów kończących bieg w Legionowie do stacji Legionowo Piaski (obecnie do Wieliszewa). Uruchomiono także pociągi w relacji: Warszawa Gdańska – Tłuszcz oraz Tłuszcz – Sierpc.
Na początku sierpnia 2014 roku pociągi TLK, które dotychczas kursowały z Warszawy Zachodniej przez Warszawę Rembertów, Zielonkę zostały przekierowane na linię kolejową nr 10 z powodu zamknięcia odcinka Warszawa Rembertów-Zielonka. Obecnie przez linię kolejową nr 10 nie kursują pociągi spółki PKP Intercity.
Legionowo – stacja początkowa linii; od stacji odchodzi również linia nr 456. Jest stacją węzłową. Zatrzymują się na niej pociągi dalekobieżne.
Wieliszew – na stacji kończą bieg wybrane pociągi SKM linii S3 z Warszawy Lotniska Chopina. Od stacji odchodzi linia kolejowa nr 28 łącząca stację Wieliszew z Zegrzem Południowym; obecnie nieużywana, choć planowana jest jej reaktywacja[11].
Emilianów – stacja towarowa. Od stacji odchodzi bocznica do bazy paliwowej zaopatrywanej w paliwa rurociągiem z rafinerii w Płocku. W bazie paliwowej napełniane są cysterny.
Tłuszcz – stacja końcowa linii. Od stacji odchodzą również linia nr 29 i łącznica nr 513. Na stacji kończą bieg pociągi z linii nr 10, większość pociągów z linii nr 29 i część pociągów z linii nr 6. Jest stacją węzłową. Zatrzymują się na niej pociągi dalekobieżne. Posiada kategorię B.