沪宁铁路的修建早在1894年中日甲午战争结束后，张之洞建议清政府修建吴淞至江宁的铁路，并从苏州接一条支路到杭州，并主张先由官方创办作为开端，后或由官办、或归商办、或官商合办。

1897年11月德国侵占山东后，张之洞改变了官商合办沪宁铁路的主意，主张让德国揽办沪宁铁路，但这一主张遭到了反对。

1898年4月，英国指使驻华公使以最惠国待遇和利益均沾为理由向清政府提出，必欲承办沪宁铁路。后清政府同意英商怡和洋行同督办铁路总公司大臣盛宣怀就近商办，德国取得山东铁路的修建权。几经协商，双方达成了协定，于1903年7月，盛宣怀与怡和洋行及滙丰银行在上海签订了《沪宁铁路借款契约》。

1905年4月，沪宁铁路在该路总管理处的领导下正式开工并在上海举行开工典礼，1908年通车至南京。运营初期，每日运行的旅客列车为上海南京间3对，上海常州间、上海苏州间、上海南翔间和南京常州间各1对。沪宁间的快车仅在南翔、崑山、苏州、无锡、横林、常州、镇江等站停靠，全程运行7小时26分钟。

1928年11月21日，国民政府铁道部将沪宁铁路改称京沪铁路（南京至上海），将沪宁、沪杭甬铁路局合併，改称京沪沪杭甬铁路管理局。1933年在南京下关与浦口之间的长江上建成火车轮渡，开通了从上海直达北平的快车。上海南京间特别快车的运行时间也缩短到6小时20分，至1935年冬又缩短到5小时45分。1937年1月1日，该线路开始实行新的行车时刻表。

1949年5月，上海解放，京沪区铁路管理局由人民政府接管，该线路由上海铁路管理局管辖，改称为沪宁线。7月，中断12年的京沪列车恢复开行。

1955年起，开行13/14次京沪特快列车，运行时间为31个小时。1968年南京长江大桥通车后，两条铁路接轨，改名为京沪铁路。1986年4月，京沪直达特别快车开行，全程缩短为16小时59分。2007年4月，京沪开行一站直达的Z字头列车，全程缩短为9小时59分。

京沪铁路于1968年建成，全长1462千米，原分为北中南三段。在1968年南京长江大桥通车后，津浦铁路和沪宁铁路接轨，并改名为京沪铁路。

2011年6月30日，京沪高速铁路的建成通车，大大缓解了既有京沪线客运压力。

北段：老京哈铁路（京山铁路）北京至天津段（天津北站），建于1897年至1900年。

中段：天津北站到南京浦口站（南京北站），称为津浦铁路，于1908年动工，1912年建成。

南段：下关站（南京西站）到上海站，称为沪宁铁路，于1905年动工，1908年建成。

截至2003年，京沪铁路全线设站190座。其中，北京市境内设站7座，河北省境内（廊坊市、沧州市）设站19座，天津市境内设站14座，山东省境内设站56座，安徽省境内设站37座，江苏省境内设站51座，上海市境内设站6座。（注：由于京沪铁路经历多次提速部分车站已拆除但仍列入此表）

沿途办理客运业务的车站主要如下：

北京：北京、北京南、黄村

天津：杨村、天津西、杨柳青、静海

河北：廊坊北、青县、沧州、泊头、东光、吴桥

山东：德州、平原、禹城、晏城、济南、泰安、磁窑、兖州、邹城、滕州、枣庄西

安徽：宿州、固镇、蚌埠、明光、滁州北

江苏：徐州、南京、镇江、丹阳、常州、无锡、苏州、崑山

上海：上海西、上海

京沪铁路大部分区段和京杭大运河并行。从北京站引出，路过北京南站、丰台站、黄村站，向东南过廊坊到达天津市，在南仓车站转弯向西，跨海河过天津西站，向正南经过沧州站后，折向西南过德州站后与大运河分道扬镳折向东南，在齐河县跨过黄河后经过济南市西郊（通过联络线连线济南站），沿着泰山西坡到达泰安再向南去滕州站后，京沪铁路继续与京杭大运河重合，一路向南沿着微山湖进入苏北地区，经过徐州枢纽转向西南经过安徽省的东部，转向东偏南，再次进入江苏省，在南京长江大桥过长江进入南京市，最后一路向东经过镇江、丹阳、常州、无锡、苏州、崑山到达上海市。

中国铁路北京局集团有限公司：北京站始至德州站南端站界（371km+011m）为北京铁路局管辖；

中国铁路济南局集团有限公司：德州站南端站界（371km+011m）始至徐州市的利国站北端站界处（778km+000m）为济南铁路局管辖；

中国铁路上海局集团有限公司：利国站南端站界（K859+000m）至上海站终止为上海铁路局管辖。

改造工程自2005年7月1日正式开工，2006年6月20日起全线供电，7月1日正式投入运营。涉及北京铁路局管内的正线368.7公里，包括京山线（京津段）、津浦线及北京、天津枢纽。

京沪铁路

主要工程项目包括铁路电气化、通信、信号、电力及与之相配套的改造工程。京沪铁路电气化改造后，京沪线部分列车将由原来的内燃机车牵引改为电力机车牵引。

京沪铁路安徽省宿州市境内电气化施工技术人员在不到6℃的寒风中为铁路更换配件。京沪铁路安徽段北起宿州市符离集站，南至南京市东葛站，全长258公里，共有28个车站。

京沪电气化工程是中国又一个在既有线上进行电气化改建的重要项目，开通运营后，先进的电力机车取代内燃机车，将对进一步缩短京沪间运行时间，节约成本，提高铁路运输能力发挥重要作用。全长1462公里的京沪铁路电气化改造工程于2006年7月竣工。

通过顺义县无渣轨道的试验段掌握了具有自主智慧财产权的无渣轨道技术，一是五百米长钢轨的焊接、运输、铺设技术，还有一个就是精确调整技术，预计无轧轨道结构寿命期是60年。

因为京沪铁路要跨越海河、黄河、淮河、长江，再加上水网比较发达，所以桥樑占的比例就比较高，全线桥樑占到了全线的80.5%。在建桥工程中，解决了深水大跨高速桥樑的建设技术。桥樑结构设计寿命100年。

京沪高速铁路运行的动车组，在河北唐山下线的350公里时速和2007年在山东青岛下线的300公里时速的改造型。

京沪铁路所经地区开发较早，物阜民丰；经济、文化发达，资源丰富，名、优、土、特产品繁多；自然景观、人文景观和文物古蹟随处可见；既有长江大河，又有沼泽湖泊；既有崇山丘陵，又有平原沃野；既有六朝古都又有现代通都大邑；气候温和，风调雨顺；绿草如茵、四季花香，是一条旅游佳线。（《中国铁路站名词典》 评）

京沪铁路经过东部人口密集、经济发达地区，沿线有许多重要工业城市，粮棉集中产区和鱼米之乡。南运货物以钢铁、煤炭、木材、棉花、油料和杂粮为主；北运货物以机械设备、机电设备、仪表、布匹、百货、麵粉和茶叶等。

京沪铁路连线了中国最大的两座城市，沿途大都为沿海经济发达地带，同时带动苏北、皖北等地区发展，因此成为中国最繁忙的铁路干线之一。