1909年8月11日京张铁路建成,10月2日通车,共修建四年整。是中国首条不使用外国人员,由中国人自行建设完成,投入营运的干线铁路。由当时的清政府任命詹天佑为京张铁路局总工程师(后兼任京张铁路局总办)。施工时间比原定缩短了两年;而建造成本亦比原来预算(729万两白银)节省了20多万两白银。
1911年11月,张家口至阳高段完工。长56.6公里的阳高至大同段线路因辛亥革命爆发而停工,1912年12月正式复工,1914年1月阳大段通车。
1914年3月,全长44.8公里的大同至丰镇段开工,1915年9月通车。
1915年6月,北京环城线开工,同年12月完工。环城线由北京西直门站开始,沿北京城的北城墙,自北向东,连接至京奉铁路东便门站,全长12.6公里。
大丰段竣工后,本应继续向西续建,但因军阀混战,续建工程被迫中断。
1918年4月,为了解决所需路煤燃料,京绥铁路局在大同新建了至烟煤产区口泉的口泉支线,线路全长19.18公里,同年9月通车。12月在河北宣化建设了宣化至水磨坊对岸,长8.65公里的水磨支线,该支线为运输烟筒山铁矿矿砂的轻便铁路,后因铁矿公司倒闭,于1922年被拆除。
在停工长达四年之久后,1919年8月,全长240.3公里的丰镇至绥远段线路开工,铁路线进入绥远境内。1921年5月1日全线完工,更名为平绥铁路(北平-归绥)。
1920年,在平绥铁路全线开通仅5个月之后,149.6公里的绥远至包头段开始修建。线路自绥远向西,在大青山南麓与大黑河之间,经毕克齐、察素齐、陶思浩、萨拉齐至包头北重站。1923年1月完工通车,至此该路全线建成,当时全长817.9公里。
1921年5月1日,当时的北洋政府,又修建了张家口至绥远路段,更名为平绥铁路。
1922年,青龙桥火车站矗立了詹天佑铜像。
1923年,在京张铁路的基础上,通过两次展筑延伸到包头,改称为京包铁路。京张铁路成为北京及包头的京包铁路的首段。
1939年6月,日军占领期间,为了运输煤炭资源,在包头至召沟间建设了大青山支线,全长41.4公里,工程于1940年7月建成,1945年该支线被拆除。1939年9月,日军在原有京门铁路基础上,为掠夺大台一带的煤炭资源,修建了京门铁路延长线,即大台支线,该线路起自京门铁路门头沟站,向西经色树坟站、过落坡岭站至大台站,全长30.4公里,工程于1940年5月完工。
1940年12月,为了掠夺龙烟煤矿的煤炭资源,日军修建了宣庞支线(今宣庞铁路),支线全长40公里,走向从宣化向东略北,至庞家堡止。该支线前后施工长达四年,最终于1944年12月全线完工。
第二次国共内战
第二次国共内战(解放战争)导致平绥铁路屡遭破坏,特别是平津战役期间,主战线即沿平绥铁路一线铺开,平绥铁路遭到较为严重的破坏,通车时断时续。
新中国成立
中华人民共和国成立后,首先对全国遭受战争破坏的基础设施进行了大规模的修复和重建。遭受重创的平绥铁路也于1949年10月修复通车,正式更名为京包铁路。
1949年中华人民共和国成立后,广安门车站向北,自北京宣武区手帕口至西直门火车站的一段铁路拆除,西直门站(北京北站)成为京包铁路始发终到客站。今京包铁路沿线公里标还是以最初起始点北京丰台柳村0公里标开始计算,并未随着改动,实际正线缩短12公里。京张铁路人字形很独特。
1952年,由于原京张铁路关沟段一带通过能力较差,另外建成了来往丰台及沙城(怀来)的丰沙铁路。丰沙线的走向即当年詹天佑认为较好但因造价较高而被迫放弃的路线。
1953年10月,因在永定河上游建设官厅水库,康庄站至狼山站段线路位于待建水库的蓄洪区内,遂对该段铁路进行改线工程。工程须改线15.91公里,废弃妫水河站,并以新建的全长654米,高26米的妫水河大桥和两端桥头高22米以上的透水路堤跨越水库。1954年12月改线工程完工,并于次年3月交付运营。
1955年11月,沙城站至郭磊庄站段改线及复线工程开工,1958年11月完工。这是京包铁路全线首个进行复线建设的区段。
1956年3月,京包铁路包石支线重建工程开工。包石支线又名石拐子支线,西接包头二道沙河站,东经石拐子站至水磨滩站,全长31.7公里。线路行经河谷地带,穿越大东沟、石拐沟分水岭,河道弯多水急,线路随河就弯,逢沟设桥,桥涵数量达到每公里4座,半径250米的曲线占到总长度的30%。1958年11月,工程完工并于当月正式交付使用。同月(1956年3月),郭磊庄站至大同站段的线路改建和复线工程正式开工,因中苏交恶及文化大革命的严重影响,该段线路改造与复线施工几经反复,最终于1974年全面完工投入使用。
1957年8月,京包铁路包头枢纽环线开工建设,环线全长29.2公里,自包头东站至昆都仑召站止。1962年12月工程全部完工,交付使用。
1958年7月,大同站至包头站段的线路改建和复线工程正式开工。
1959年2月,宣化大林堡支线新建工程开工。线路计划由原京包铁路宣庞支线(今宣庞铁路)的李大人庄站引出,通往河北省赤城县境内,经黄草壤、龙关至八里庄附近,然后深入大林堡矿区,作为矿石运输专用线路,全长50.19公里。线路行经黄土丘陵的赵川盆地和龙关盆地,穿越黄草岭山岳地带。由于中苏交恶,工程于当年年末停工,1960年6月复工,1961年彻底停建。施工期间仅进行了部分路段的路基施工,全线直至停建,并未铺轨。
1960年1月,京包铁路在北京地区的辅助线路,北京枢纽东北环线(今双沙铁路)新建工程开工。新建线路自百子湾东侧信号所开始,向北后折向西,止于京包铁路K28乘降所(原为28公里信号所),线路全长32.1公里,1966年12月建成正式投入运营。同年2月,西直门站至河北沙城站区段复线工程开工,因中苏交恶,施工于1961年7月下马。其中,在原“人”字形铁路青龙桥站附近新建青龙桥西站。青龙桥西站与青龙桥站相距不足1公里,原本拟扩建青龙桥站,增加到发线,但因附近地形限制,建成了纵列式的新站场。青龙桥西站投入运营后,青龙桥站只接、发开往北京方向的上行列车;青龙桥西站则只接、发开往包头方向的下行列车。
京包铁路最初起始点为北京丰台的柳村。1968年,丰台至广安门站向北,经宣武区手帕口至西直门火车站的一段铁路拆除,西直门火车站(北京北站)成为京包铁路始发终到客站。京包铁路沿线公里标还是以北京丰台柳村0公里标开始计算,并未随着改动,实际正线则缩短12公里。
1971年7月,北京境内的西北环铁开工建设。该线路全长33.3公里,连接京包铁路沙河站和丰沙铁路三家店站,是北京地区重要的铁路联络线之一。于1979年12月初步建成,前后历时8年之久。
1977年4月开始,沙城站至大同站之间线路安装全线自动闭塞,同年年底完工。
1981年4月,京包铁路进行电气化改造,自北京,经沙城、张家口南、大同,至口泉铁路上的口泉站止,电气化改造总里程共计379公里。
1983年4月3日,京包铁路与陇海铁路、兰新铁路及包兰铁路四大线路的旅客列车扩大编组试验结束。根据试验结果,铁道部决定对以上四条干线的共计17对旅客快速列车陆续实施扩大编组,共计可扩编29辆,相当于每日增开3对列车,每天可提高长途旅客运能达9000多人。
1983年11月11日,京包铁路张家口至永定门间运营的515/516次旅客列车被铁道部命名为“文明列车”,并被授予“文明列车”光荣牌。这是铁道部自1980年提出加强中间站、慢车工作后,在落实“三上一下两杜绝”和创建“三优文明路”中,京包铁路线上唯一获奖的车次。
1984年12月30日,历时3年半的京包铁路北京至大同间复线电气化改造完成,伴随丰沙铁路的电气化改造完成,丰沙大电气化铁路通道正式开通,全线投入运营。京包铁路北京至大同段成为丰沙大电气化铁路最为重要的组成部分。该线在大秦铁路建成前后,均是晋煤外运的重要通道之一,虽然经过多次技术改造,并由单线改为复线,由蒸汽机车牵引改为部分内燃机车牵引,由半自动闭塞改为自动闭塞,却仍然满足不了运量增长的需要。实现电气化后,年运输能力将由5000余万吨逐步提升至6000万吨以上。
1987年11月6日,青龙桥站附近再建成詹天佑纪念馆。位于京包铁路八达岭段最高点处的詹天佑纪念馆建成并正式开馆。纪念馆设瞻仰厅、序幕厅和陈列厅,瞻仰厅正面为詹天佑全身大幅照片,并在上首悬挂周恩来题字:“中国人的光荣”。
1990年3月10日,大同站至包头站段的线路改建和复线工程全面完工,复线正式开通。大包段复线工程早于1958年就已开工,因内外多方面因素导致工程几次停复工,历时32年之久方才完成。至此,京包铁路复线实现全线通车。
1996年5月22日,跨官厅水库的妫水河大桥新桥开工建设。原桥开通运营43年来,由于冬季屡次受到冰害影响,全桥19个桥墩先后被冰挤断10个,多次造成铁路断道,影响正常的客货运输。后决定在原桥下游(南侧)30米处新建大桥。
1997年12月2日,新桥完工通入运营,京包铁路改走新桥,旧桥被弃置拆除,现仅存桥墩。新妫水河大桥正桥和引桥全长852.64米,水中墩高14.7米,承台直径18米,厚3.5米。该桥墩台基础结构坚固,完全可以抵御冰害的影响。
1998年1月,北京站至北京东站区段增建第二线工程开工,于同年6月11日完工。工程增铺新线5公里,将原单线区段改为复线。
为构筑京包铁路快速运输通道,集宁与包头间拟新建第二复线。2008年7月21日,增建第二复线的控制工程,位于内蒙古自治区卓资县境内的八苏木隧道提前开工建设。该隧道为双线隧道,进口在卓资县八苏木乡西沟村附近,出口在该县马盖图乡南营子村附近,隧道全长8230米,计划2011年2月贯通。
2009年是京张铁路一百周年纪念,有关方面申报京张铁路沿线保留的遗迹为文物保护单位。
2009年4月1日,集宁至包头段增建第二双线工程开工,预计将于2012年8月完工开通。该工程沿原有铁路平行铺设,起点为古营盘站,终点为包头站,全长307.955千米,概算149.84亿元,总投资人民币162.6亿元。附属项目还包括包头站、包头东站、包头西站枢纽改造工程。集包铁路第二双线建成后,将与张集线一起形成京包间运输通道,可有效解决蒙西能源基地的外运瓶颈,缓解京藏高速公路运输压力。
2012年12月3日,集包铁路第二双线运行通车。 集包铁路建成后,与既有京包铁路实现客货分开,有效地缓解了运输压力。呼和浩特地区货车外绕至新建瓜房子站、呼和浩特南、沙良三个车站,取消了原有的台阁牧站、呼和浩特站及呼和浩特东站。瓜房子站与台阁牧站间利用原有上行京包铁路建成瓜房子联络线,作为集包铁路和京包铁路之间的唯一通道。
2014年7月1日,京张铁路张家口支线停止运营。
2016年11月1日,因新建京张高速铁路,京包铁路北京北至昌平段暂停运营,位于北京市海淀区的四道口、五道口、六道口(双清路道口)全部拆除,北京北站、清河站、沙河站、昌平站暂停办理客运业务,清华园站停止办理客运业务,距离昌平站7km的昌平北站投入使用。北京北站所有普速列车均改为昌平北站始发终到,S2线列车则改为黄土店始发终到。与此同时,清华园隧道准备建设。
2018年4月10日,全国铁路大调图,京包铁路昌平至沙城段为不可移动文物,不再走行国铁旅客列车,只走行S2线列车。
2019年9月15日上午,京张铁路遗址公园五道口启动区正式向公众开放,作为京张绿廊铁路遗址公园的一部分,启动区北至成府路13号线五道口站,南至北四环铁路桥,全长约800米。
2019年12月30日,京张高速铁路正式开通运营,北京北站至昌平站间恢复客运业务。