1949年8月1日，在解放战争的浓浓硝烟中，中国铁路上海局集团有限公司的前身上海铁路管理局宣告诞生。

1949年底，上海铁路局管内的营业铁路仅1400多公里，沪宁、津浦、沪杭、浙赣、杭甬、江南（宁芜）、淮南等几条单线，铁路技术标准低，设备简陋，采用木枕、杂型轨和非标准道岔，单线运输，列车平均时速30公里左右。

从1949年至1975年，上海局管辖的营业里程增加了1000余公里。

20世纪八九十年代，长三角铁路网日益改观，新线、新站雨后春笋般涌现，干线复线相继建成。南京、芜湖等长江大桥飞架南北，天堑变通途；上海、南京、杭州、合肥等新建改建车站，站房新颖，设施先进；夕发朝至的一站直达特快旅客列车成为京沪等干线亮丽的风景线。

2004年，长三角铁路网建设再次迎来了一个大规模、高标准、又好又快发展的机遇期。

2008年4月18日，长三角第一条高铁——全长166公里、时速250公里的合宁高铁开通运营。

2013年9月29日，长三角铁路开行首趟中欧（中亚）班列（苏州—华沙）。

2018年底，长三角铁路营业里程达到10560公里，其中，高铁线达4171公里，覆盖沪苏浙皖三省一市34个地级以上城市。

2023年12月29日消息，长三角铁路已拥有25条高铁，动车组开行范围覆盖除浙江舟山以外的所有地级城市，成为全国高铁网络最发达完善的区域之一。长三角铁路营业里程超14000公里，其中高铁里程超过7100公里。

2024年4月，池黄高铁开通运营，中国“八纵八横”高速铁路网在长三角管内通道均已建成。5月，长三角铁路新增上海站至上海虹桥站的超级环线高铁g8388次列车，该车次途经上海、江苏、安徽、浙江三省一市全程8小时9分。8月26日起，长三角铁路推出3款高铁旅游计次票产品。10月，宣绩高铁正式开通运营。12月26日，沪苏湖高铁开通运营。

截至2025年1月，长三角铁路已拥有29条高铁，动车组开行范围覆盖除浙江舟山以外的所有地级城市，成为全国高铁网络最发达完善的区域之一，铁路营业里程超1·5万公里，其中高铁里程超7700公里。

截至2025年2月，长三角中欧（中亚）班列营运线路14条，通达欧亚36个国家。其中，欧洲方向有俄罗斯、白俄罗斯、波兰、捷克、德国、西班牙、英国、拉脱维亚、芬兰、乌克兰等25个国家，亚洲方向有哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦、阿富汗、伊朗、阿塞拜疆、越南、格鲁吉亚等11个国家。

2025年2月25日，长三角铁路迎来历史性时刻，往返于合肥与芜湖的k8525次非空调绿皮车，最后一次上线运行。3月20日起，长三角铁路新增11款新型票制产品。