線路建設
1908年清政府二品銜直隸候補道張蓮芬呈報山東巡撫，擬自修臨城至棗莊鐵路與津浦鐵路幹線接軌，以運中興公司之煤。1910年津浦鐵路督辦大臣徐世昌，命津浦鐵路北段總局建設臨棗支線。1911年5月北段總局總辦朱啟鈐命工程司米樂查勘並組織施工，1912年1月完工。線路在棗莊與中興公司自建的台(兒莊)棗(莊)鐵路相接。初建時設鄒塢、齊村、棗莊3站，1917年11月增設山家林站，1932年撤銷齊村站；棗莊站建2股道矩形車庫，20米長人力轉盤，25噸水櫃，灰坑、水鶴各1座和上煤設備；初無信號機，至1932年臨城、鄒塢站增設電氣路籤。1937年主要技術標準和條件為：最大坡度2.5‰，最小曲線半徑1000米，鋼軌33公斤/米，木枕每公里1400根，共建橋涵71座，除一座鋼橋外，余多為板梁或蓋板涵。
技術改造
1938年5月，日軍侵占臨城，為掠運煤炭立即進行修復受到戰爭破壞的薛棗支線。1939年各站設路牌機和臂板信號機，1941年增日制大型機車，1942年建山家林至陶莊的煤礦專用線。中國共產黨領導的鐵道游擊隊，堅持抗日，炸橋破路，迫使線路時有中斷。解放戰爭時期，解放區軍民曾破襲國民黨政府一度修通的臨棗支線。1948年11月臨城解放，華東區鐵路管理總局立即修復臨城至山家林段遭戰爭破壞的線路。1955年煤炭工業部投資修復損壞較嚴重的山家林至棗莊段，由北京煤炭設計院設計，濟南局工程處施工，1955年12月開工，次年9月14日竣工。修復後線路等級達到專用線標準，到發線有效長為650米，鋼軌重43公斤/米，橋涵載重按中-22級。修復的主要工程量為正線16.820公里，站線4.280公里，橋樑35座，另外對給水、信號、電力等設備也進行了修復增設。1958年、1973年和1985年曾進行三次線路中修和橋樑大修。截至1985年底全線主要技術標準和條件為：Ⅱ級幹線標準，最大坡度4%；最小曲線半徑290米；牽引類型為“前進”型蒸汽機車；到發線有效長為850米；閉塞方式區間為64D型半自動閉塞；鋼軌正線用50及43公斤/米；軌枕由1956年的正線每公里1440根增至1760根；道床道碴厚度正線由25厘米增為30厘米；信號採用8505色燈電鎖器聯鎖。線路容許速度已由建國初每小時30公里，提高到每小時70公里。
