Die Murtalbahn ist eine typische Talstrecke. Das Murtal verläuft in diesem Bereich in West-Ost-Richtung zwischen den Schladminger- und Wölzertauern im Norden und den Nockbergen im Süden.
Ihren Anfang nimmt die eingleisige Murtalbahn im Bahnhof Unzmarkt (733 m Seehöhe) der ÖBB-Strecke Bruck an der Mur Klagenfurt - Villach - Tarvis (ÖBB-Bahn-km 258,695 = km 0,0). Die Anlagen der Murtalbahn sowie die Umladeeinrichtungen liegen an der Südwestseite des Bahnhofs zwischen den ÖBB-Gleisen und der Mur.
Die Murtalbahn und die ÖBB-Strecke verlaufen zunächst parallel. Bald jedoch trennen sich ihre Wege. Auf einer Stahlträgerbrücke überquert die ÖBB-Strecke die Murtalbahn und die Mur, um auf der gegenüberliegenden Hangseite stetig bergan zu steigen.
Die Murtalbahn bleibt zunächst auf dem linken Murufer, stellenweise unmittelbar neben dem Fluß. In km 6,4 wird die erste Haltestelle Lind-Scheifling erreicht. Lind ist ein kleiner Ort rechts der Bahn, Scheifling, auch ÖBB-Station, liegt jenseits der Mur. Gleich nach der Haltestelle führt die Murtalbundesstraße B 96 kreuzungsfrei über die Murtalbahn.
In km 8,9 wird die unbesetzte Verkehrsstelle Niederwölz-Oberwölz erreicht. Das ehemalige Bahnhofgebäude wird wegen seines ursprünglichen Zustands gerne als Hintergrundmotiv für Fotoaufnahmen benutzt. Niederwölz liegt unweit der Bahn, während Oberwölz etwa 10 km nordwestlich in einem Seitental am Fuße der nach dem Ort benannten Wölzer Tauern liegt.
In km 10,0 überquert die Murtalbahn erstmals auf einer 45 m langen Eisenträgerbrücke den Murfluß und erreicht in km 10,7 die unbesetzte Verkehrsstelle Teufenbach. Das Gebäude wurde im Jahre 1990 vollkommen umgebaut und beherbergt heute das Cafe-Restaurant "s'Stüberl". Blickt man von hier gegen Süden, sieht man die schon hoch oben am Hang führende ÖBB-Trasse, die sich scharf zum Neumarkter Sattel wendet. Auf der gegenüberliegenden Talseite befindet sich die Puxerwand mit den Oberresten der beiden mittelalterlichen Höhlenburgen Puxer Lueg und Schallaun. Der Sage nach soll ein unterirdischer Gang von dieser Höhle zur Burgruine Schrattenberg geführt haben. Die Puxerwand weist Besonderheiten an Fauna und Flora auf, z.B. nistet hier die Felsenschwalbe (einzige Brutstätte in der Steiermark).
Die Bahn führt weiter durch das hier noch ziemlich weite Murtal in Richtung Westen und erreicht in km 13,0 die Haltestelle Frojach-Puxerboden und in km 15,3 die unbesetzte Verkehrsstelle Frojach-Katschtal. Das Katschtal zweigt von hier in nordwestlicher Richtung ab. Im ehemaligen Bahnhofgebäude ist der "Schienenwirt" (Bahnhofgastwirtschaft) untergebracht.
An der Westseite dieser Verkehrsstelle befindet sich das Eisenbahnmuseum des Clubs 760, in dem historisch wertvolle Eisenbahnfahrzeuge aufbewahrt werden (Anschlußbahn).
Das Murtal wird nun schmäler. Die Bundesstraße wechselt auf das rechte Murufer (Sonnseite), wo ein Großteil der Siedlungen liegt. Die Bahn hingegen verbleibt am südlichen Ufer. Nach der Haltestelle Saurau (km 17,1) mit der barocken Wallfahrtskirche "Maria im Dorn" (1680), der unbesetzten Verkehrsstelle Triebendorf (km 20,3) und den Haltestellen Gestüthof (km 23,9) und St. Egidi (km 26,3) erreicht man den Bahnhof Murau-Stolzalpe (km 27,0; 809 m Seehöhe), den Betriebsmittelpunkt der Murtalbahn. Hier befinden sich die Betriebsleitung der Murtalbahn, die Werkstätten, Fahrzeugeinstellhallen und eine Drehscheibe. Im Bahnhofbereich findet der Reisende ein Restaurant, ein Reisebüro und eine Trafik. Die malerisch gelegene Stadt, ein beliebter Sommer- und Winterfremdenverkehrsort, wird geprägt von der Stadtpfarrkirche St. Matthäus und dem mächtigen Schloß Obermurau (1628 - 1643; Sitz der Fürsten zu Schwarzenberg). Auf einer Anhöhe nördlich von Murau liegt das Landessonderkrankenhaus Stolzalpe.
Nach der Haltestelle Murau-St. Leonhard (km 27,6) geht es durch den 102 m langen Murauer Tunnel (km 27,7). Danach hat man nochmals einen schönen Blick auf das Schwarzenberg'sche Schloß. Nach den Haltestellen Murau-West (km 29,3) und Keindorf (km 31,3) erreicht die Murtalbahn die unbesetzte Verkehrsstelle St. Lorenzen ob Murau (km 34,1). Dieser Ort hat sich in den letzten Jahren zu einem bedeutenden Winterfremdenverkehrsort entwickelt (Gondelbahn auf den Kreischberg). Knapp außerhalb dieser Station wurde für Schifahrer die Winter-Bedarfshaltestelle "Kreischberg-Talstation" (km 34,3) geschaffen.
Es folgen die Haltestellen Lutzmannsdorf (km 35,2) und Cäciliabrücke (km 37,3); in unmittelbarer Nähe liegt die um 1300 erbaute Kirche St. Cäcilia (schöne Fresken und Holzdecke). Danach erreicht man die unbesetzte Verkehrsstelle St. Ruprecht ob Murau (km 38,6). Der Ort mit dem sehenswerten Holzmuseum liegt, wie alle anderen Ansiedlungen in diesem Bereich, auf der gegenüberliegenden Sonnseite.
Nach den Haltestellen Falkendorf (km 41,2) und Hagendorf (km 43,3) kommt die unbesetzte Verkehrsstelle Stadl an der Mur (km 44,0). Die spätgotische Pfarrkirche (erstmals 1190 erwähnt) und das Schloß Goppelsbach liegen auf der anderen Murseite.
Die Bahn verläuft nun teilweise direkt neben der Bundesstraße und erreicht zu nächst die Haltestelle Einach (km 47,2) und dann die unbesetzte Verkehrsstelle Predlitz-Ladin (km 48,2). Gleich danach wechselt die Murtalbahn über eine 45 m lange Eisenträgerbrücke (km 48,9) auf das linke Murufer und erreicht danach die Haltestellen Predlitz-Pichl (km 49,1) und Predlitz-Turrach (km 50,1). Der Ort fiept gegenüber der Haltestelle am rechten Murufer und war einst eine Bergwerkssiedlung. Oberhalb des Ortes befindet sich die seit 1330 bekannte Pfarrkirche, ein gotischer Bau mit Holzdecke und spätgotischen Malereien.
Kurz nach Predlitz-Turrach verläßt die Murtalbahn die Steiermark und erreicht bei km 50,4 Salzburger Boden. Das Tal wird hier nun ziemlich eng. Nach Durchfahren des 34 m langen Kendlbrucker Tunnels kommt die Haltestelle Kendlbruck (km 52,4). Die Ortschaft selbst fiept am anderen Ufer. Es folgen die Haltestellen Hintering (km 53,8) und Ramingstein (km 55,6). Der Ort fiept malerisch am rechten Murufer. Oberhalb des Ortes steht weithin sichtbar die Burg Finstergrün, eine im 12. Jh. erstmals erwähnte, 1900/01 neu erbaute Wohnburg im Stil des 13. Jh. Nach dem 98 m langen Ramingsteiner Tunnel (km 56,1) folgt die unbesetzte Verkehrsstelle Ramingstein-Thomatal (km 56,7).
Während das Thomatal weiter nach Westen zieht, wendet sich die Mur, und mit ihr die Bahn, nach Norden. Bei der Haltestelle Madling (km 57,4) zweigt eine Anschlußbahn zur Bedienung der Baustoffirma ISO-Span ab. Gleich nach Verlassen dieser Haltestelle überquert die Bahn auf einer 1981/82 neu errichteten Spannbetonbrücke (km 58,7) die Mur. Die Murtalbahn verläuft nun einige Kilometer auf Stützmauern direkt neben dem wildschäumenden Fluß (romantischster Streckenabschnitt, genannt Defilee). Dann weitet sich das Tal wieder und gibt den Blick auf das Panorama der Schladminger und Radstädter Tauern frei.
Kurz nach der Struckerkaserne befindet sich am südlichen Ortsanfang von Tamsweg die Haltestelle Tamsweg-St. Leonhard (km 63,6). Gleich danach überquert die Bahn letztmals Mur. Im restlichen Streckenabschnitt folgt die Bahn dem Lauf der Taurach, einem aus den Radstädter Tauern kommenden Flüßchen. Kurz darauf ist der Bahnhof Tamsweg (km 64,3; 1019 m Seehöhe) erreicht.
Der Markt Tamsweg ist seit 1. September 1981 der Endpunkt der Murtalbahn. Das Streckenende befindet sich in km 65,530 beim Lagerhaus des Raiffeisenverbands Salzburg (Anschlußbahn). Im Bahnhofbereich findet man neben dem Bahnhofgebäude eine Fahrzeug-Einstellhalle und eine Drehscheibe. Tamsweg ist der Hauptort des Lungaus (Sitz der Bezirkshauptmannschaft). Sehenswert ist der Hauptplatz mit den gut erhaltenen Bürgerhäusern und das Heimatmuseum im aufgelassenen Bürgerspital. Die 1738/41 errichtete Pfarrkirche und das Schloß (1742) sind weitere historische Gebäude.
Die Bahnstrecke von Tamsweg nach Mauterndorf wurde nach der Auflassung des Eisenbahnverkehrs nicht abgetragen, sondern von der Taurachbahn GmbH gepachtet, die während der Sommermonate Museumszüge führt. Die Strecke verläuft im weiten Tal der Taurach zunächst nach Norden, bald aber wieder in Richtung Westen. Nach den Haltestellen St. Andrä-Wölting (km 66,3) und Lintsching (km 68,5) folgt jenes Streckenstück, das im Jahr 1984 im Zuge von Grundzusammenlegungen neu trassiert werden mußte. Dann wird die Taurach auf einer 20 m langen Eisenträgerbrücke überquert und schon ist der seinerzeitige Bahnhof Mariapfarr (km 71,1) erreicht.
Danach steigt die Bahn in vielen Bögen an den südseitigen Hängen des Taurachtales weiter an und gelangt in einem weiten Rechtsbogen in den ehemaligen Bahnhof Mauterndorf, dem seinerzeitigen Endbahnhof der Murtalbahn und nunmehrigen Stützpunkt der Taurachbahn GmbH (km 76,1; 1116 m Seehöhe).