Banen blev først bygget i 1901, da forbindelserne med skib fra Flensborg til Sønderborg var relativt gode. Hovedstrækning var i den tyske tid Padborg-Tørsbøl-Sønderborg, mens Tinglev-Tørsbøl kun var en sidebane til at skabe forbindelse til Tønder og det øvrige del af den nuværende Sønderjylland. Efter Genforeningen i 1920 blev roller byttet om - forbindelse fra Tinglev blev hovedforbindelsen. I 1932 blev det besluttet at strækningen Padborg og Tørsbøl skulle nedlægges sammen med Broagerbanen. På Tørsbøl stations område står en mindesten for den nedlagte strækning. Sønderborgbanen blev elektrificeret i slutningen af 1990'erne.

• Tinglev station (Te) > Vamdrup-Padborg banen og Tønder-Tinglev banen.
• Bjerndrup station (Bje), nedlagt som trinbræt i 1974.
• Kliplev station (Kw), nedlagt i 1974, genåbnet i 1979 som trinbræt.
• Lundtoft station (Lf), nedsat til trinbræt i 1965, nedlagt i 1974
• Tørsbøl station (Tsb), forbindelse fra Padborg indtil 1932, nedsat til trinbræt 1969, nedlagt i 1974.
• Rinkenæs station (Rz), nedlagt i 1974 som trinbræt
• Gråsten station (Gst), forbindelse til Aabenraa Amts Jernbaner via Graasten amtsbanestation.
• Adsbøl station (Az), nedlagt som trinbræt i 1955
• Avnbøl station (Aw), nedsat til trinbræt i 1970, nedlagt i 1974
• Vester Sottrup station (Vt) > Broagerbanen, nedlagt i 1974
• Ragebøl station (Rag), nedlagt som trinbræt i 1963.
• Sønderborg station (Sdb) - fik forbindelse til Als via Kong Christian den X's Bro i 1930. Det blev senere brugt til tog på Mommarkbanen

Strækningen fra Padborg havde følgende stationer

• Padborg station (Pa)
• Nørre Smedeby station (Nü)
• Holbøl station (Hol)
• Tørsbøl station (Tsb)

Før 1920 var der direkte tog til/fra Flensborg. Efter 1920 blev trafikken over Padborg begrænset, mens der var trafik til Tinglev og nordpå. Lokaltrafikken på banen blev nedlagt i 1974. I dag er de fleste forbindelser Intercity til/fra København. Al godstrafik er ophørt.