Die damals noch als  Hohenzollerische Kleinbahn firmierende Landesbahn eröffnete ihren Betrieb im Jahr 1900 mit acht zweiachsigen Dampflokomotiven. Jeweils zwei bedienten eine der vier zuerst fertiggestellten Stichstrecken. Im Zuge des Netzausbaus und des wachsenden Güterverkehrs wurde der Fahrzeugpark von ursprünglich acht Lokomotiven kontinuierlich erweitert und modernisiert — von den frühen Dampflokomotiven über leistungsstärkere Maschinen der 1930er und 1940er Jahre bis zur schrittweisen Umstellung auf Dieseltraktion, die in den frühen 1930er Jahren ihren Anfang nahm.

Die Dampflok-Epoche endete mit der Verschrottungswelle von 1957 bis 1965. Durch glückliche Fügung entgingen die Lokomotiven Nr. 11 und Nr. 16 der Verschrottung. Sie sind bis heute im Museumsbetrieb im Einsatz. Der sogenannte „Hohenzollernzug“, ein europaweit einzigartiges Ensemble aus Lokomotiven und Personen- sowie Güterwaggons, ist als technisches Kulturdenkmal von besonderer Bedeutung seit 2003 in das Denkmalbuch des Landes Baden-Württemberg eingetragen.