早期策劃
十九世紀末，因香港及廣州貿易頻繁，港英政府與當時的滿清政府商議興建連接香港與廣州的鐵路。1898年，香港政府與當時的清政府達成協議，興建一條連接九龍與廣州的鐵路，專營權歸英方所有。而鐵路按地域分成中英兩段，分別由中、英兩國政府負責興建。

                

九廣鐵路通車初期的蒸氣機車1906年，全長35.4公里的英段開始動工，而全長143.2公里的華段亦於1907年展開建築工程，滿清政府更邀得中國鐵路專家詹天佑成為華段的總工程師。九廣鐵路英段興建初期使用了軌距為610毫米的路軌，但工程中途便全面改用軌距為1435毫米的標準路軌。工程需要興建不少橋樑和基堤，以及5條隧道，當中包括最長的筆架山隧道。這條隧道是當時亞洲規模最龐大的工程，花了3年時間才完工。由於當時施工環境較為惡劣，工程期間有超過50名工人死於隧道內。

1910年10月1日，耗資130萬英鎊的九廣鐵路英段落成啟用。啟用儀式原本由兩廣總督和香港總督在羅湖主持，但由於中方最後決定派出次一級的官員，英方最後也只派出香港輔政司主持啟用儀式。當時英段屬單線系統，火車由蒸氣機車拖動，車站則包括尖沙咀站、油麻地站、沙田站、大埔站（其後改稱大埔滘站）及粉嶺站5個車站，同年增設大埔墟旗站。另一方面，由於尖沙咀車站尚未完工，所以在1913年之前，臨時總站設於疏利士巴利道。

1911年10月5日，來往香港與廣州的直通車正式投入服務。

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戰前發展

1920年代九廣鐵路尖沙咀站1911年4月，香港政府接納大埔理民府建議，修築一條由粉嶺通往沙頭角的九廣鐵路支線，是為沙頭角支線。興建工和所使用的物資，主要是之前於九廣鐵路英段拆下來的610毫米軌距路軌。

1912年4月1日，沙頭角支線正式落成通車。支線全線單軌行車，全長11.67公里，設有5個車站，客貨運兩用。

1913年，為方便使用上水高爾夫球場的乘客，九廣鐵路在上水增設停車點。同年直通車進行提速，來往九龍及廣州的時間縮短至3小時40分鐘。

1914年列車開始使用尖沙咀站月臺，整個車站亦於1916年全面啟用。

1919年，何文田增設了停車點。1923年發生省港大罷工，令直通車服務一度中斷，至1927年才恢復正常。

1928年4月1日，因為之前一年沙頭角公路落成啟用後，令乘搭鐵路的乘客大幅減少，沙頭角支線正式停辦。

1935年，大圍車公廟增設停車點，但於翌年停用。

1937年8月，九廣鐵路增加九龍至汕頭的直通車服務。同年抗日戰爭開始，九廣鐵路華段因些經常受到日軍空襲，在工程人員努力搶修下，九廣鐵路只能維持有限度服務。

1938年10月12日，九廣鐵路華段其中一條鐵路橋被嚴重炸毀，使直通列車服務全面停頓。同年10月21日廣州淪陷，九廣鐵路華段停止運作。

1941年12月8日，日軍開始進攻香港，英方炸毀九廣鐵路英段不少設施，以阻礙日軍前進，同年12月25日香港淪陷。日方於1943年完成修理整段九廣鐵路，重新復辦來往香港至廣州的直通車。另一方面，大部份原屬九廣鐵路英段的列車和設備被運到中國大陸使用，因此在香港重光時，只剩下2部機車和幾個車卡。

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戰後發展

九廣鐵路英段柴油機車亞歷山大爵士號，現於香港鐵路博物館1949年10月14日，由於解放軍佔領廣州，來往九龍和廣州的直通車便在政治原因下停駛。華段改以深圳火車站為終點站，成為其後的廣深鐵路。而英段則改以羅湖站為終點站。另一方面，香港政府興建了粉嶺至和合石墳場的和合石支線，並於每年的清明節和重陽節提供客運服務，平時則用作運送屍體的用途。

1955年9月5日，2輛柴油機車開始投入九廣鐵路英段的服務，蒸氣機車終於在1961年8月全部被取代。

1973年，九廣鐵路英段展開雙軌化的工程。

1975年11月30日，九龍總站由尖沙咀海旁遷至紅磡，尖沙咀總站在不久後便被拆卸，只保留鐘樓(現為香港法定古蹟，亦為尖沙咀地標之一)，原址興建香港文化中心，而路軌原址則興建香港藝術館、香港太空館及新世界中心。另一方面，來往九龍和廣州的直通車於1979年4月4日重新運作。

1978年，九廣鐵路英段開始了全線現代化及電氣化計劃，耗資35億港元，同年和合石支線因配合工程而停止運作。

1981年4月26日，雙軌設計的新筆架山隧道正式啟用。

1982年5月6日，九龍段首階段的電氣化工程完成，九龍至沙田近郊線電氣化列車正式啟用。

1983年5月2日，沙田至大埔墟段完成工程。大埔墟至羅湖段電氣化工程於同年7月15日投入服務，並由當時的港督尤德爵士主持通車儀式。

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車站增設
1982年，新旺角站啟用，取代原有的油麻地站，而可與香港地鐵轉乘的九龍塘站亦於同年啟用。

1983年，新大埔墟站啟用，舊站後來改建為香港鐵路博物館。

1985年，火炭站和馬場站先後啟用，而大圍站和太和站則分別於1986年和1989年啟用。

1982年之前，九龍段的管理屬香港政府部門，稱為九廣鐵路局，隨著《九廣鐵路公司條例》於同年12月通過，九廣鐵路公司正式成立，自此脫離政府。公司現仍由香港政府全資擁有，其運作則由管理局監察，管理局的成員由香港特別行政區行政長官委任。

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開拓新線
1984年，公司接受政府邀請，在新界西北區建造和營運輕便鐵路。同年10月15日，東鐵接受乘客以地鐵「儲值車票」付款，有關車票改稱為「通用儲值票」。

1988年9月，新界西北區的九廣輕鐵投入服務。

1990年代，為配合香港興建西鐵，九廣鐵路公司將「九廣鐵路─英段」改名為「九廣東鐵」，九廣鐵路公司的另一條鐵路「輕便鐵路」則改名為「九廣輕鐵」。

1998年10月，西鐵正式開始施工。同時積極擴展輕鐵網絡，將之轉型為西鐵的主要接駁交通工具。

為配合政府優先發展鐵路的政策，九廣鐵路公司現已成為規劃、設計及建造大型新網絡的機構。公司應政府邀請，就多條新鐵路的興建進行詳細研究及提交建議書。

其他新項目包括3條九廣東鐵支線：於大圍接駁九廣東鐵的馬鞍山鐵路 、紅磡車站至尖沙咀東部的支線、以及作為第2條過境鐵路通道的上水至落馬洲支線。

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近年發展
1996年3月6日，中國政府成立廣深鐵路股份有限公司。

2002年9月24日，政府邀請九廣鐵路公司興建及經營九龍南線。

2002年6月25日，政府宣佈九廣鐵路公司投得沙田至中環線(沙中線)的興建與經營權。

2003年12月7日，輕鐵位於天水圍區的2段新支線通車，2條新支線共長4.4公里，設有11個新車站。

2003年12月20日，歷時5年建成的西鐵正式啟用，正式名稱為「九廣西鐵」。

2004年1月3日，在與政府重新審查過九鐵整體規劃，九鐵宣佈會擱置沙中線，而會用沙紅線代替。新鐵路的走線會和原來的沙中線相若，但不會過海，而是改經黃埔再轉入紅磡站，然後經過南環線連接西鐵；而原來的東鐵會南延過海到中環，使東鐵和西鐵形成一個在紅磡轉車的十字型路線。

2004年10月24日，九廣東鐵尖沙咀支線正式啟用，列車從紅磡站延至尖東站為終點。

2004年12月21日，馬鞍山鐵路(九廣馬鐵)通車。

2005年11月6日，九龍南線正式動工。