栗原郡の中心である築館町および登米郡の中心である佐沼町（現・登米市）と近郊都邑を、東北本線と連絡して米などの農産物輸送および旅客輸送を図る目的で、1921年に開業した。
当初蒸気動力であり、1930年頃に軌間の762mmから1067mmへの改軌と電化なども検討されたが実現せず、気動車（ガソリンカー）の導入を経て戦後はディーゼル動力化され、最後まで非電化であった。
戦時中には、宮城県東北部における交通統合の主体となる。これにより広大な営業エリアのバス事業者となった。後に、塩釜交通、古川交通、仙台鉄道の3社を系列に収めている。3社は合併し宮城バス（初代）となった。
鉄道末期の1964年には、その宮城バス（初代）を吸収合併し、宮城バス（2代）に改名、同時に本社を瀬峰町から仙台市に移転する。瀬峰町には鉄道管理所が設置されて、鉄道線名については「宮城バス仙北鉄道線」と称した。この名称から仙北鉄道が宮城バスに吸収されたように見えるが、誤りである。
当時の仙北鉄道は宮城県最大のバス路線網を持つ会社に発展していたものの、鉄道の経営状態はピークを過ぎていたため、将来バス専業会社に移行することを見越しての合併であった。鉄道線廃止時点でも、その採算自体はまだ危機的状況にまでは至っていなかった。将来の設備更新費用等を勘案すればバス化する方が輸送力増強・合理化の面から得策とした、長期的経営判断によるものであった。