Arendalsbanen har på Nelaug forbindelser til alle fjerntogene på Sørlandsbanen med unntak av nattogene. I 1910 ble banen åpnet for trafikk under navnet Treungenbanen. Den gangen som en smalsporet bane for å gi forbindelser innover i landet fra Arendal. Første strekning var Arendal–Åmli i 1909 og i 1913 åpnet banen videre til Treungen i Telemark. Da Sørlandsbanen ble åpnet til Nelaug i 1935, ble Arendalsbanen omlagt til normalspor. Nord for Nelaug er den sju kilometer lange strekningen opp til Simonstad beholdt som sidespor. Togtrafikken på Arendalsbanen inngår i «Trafikkpakke sør» sammen med Sørlandsbanen og Jærbanen.

Modernisering

I 1996 ble strekningen Nelaug–Arendal åpnet for elektrisk drift. I 2008 åpnet en ny holdeplass på Stoa i Arendal. Holdeplassen ligger i et område med kjøpesentre og næringsvirksomhet. I 2008 fikk Arendalsbanen fjernstyring og automatisk togkontroll med hastighetsovervåking (FATC) i 2015.