19世纪末，因香港及广州贸易频繁，港英政府与当时的满清政府商议兴建连接香港与广州的铁路。1898年，香港政府与当时的清政府达成协议，兴建一条连接九龙与广州的铁路，专营权归英方所有。而铁路按地域分成中英两段，分别由中、英两国政府负责兴建。1905年9月立法局通过兴建九广铁路后，香港政府便开始研究定线，并派出英国工程人员负责铁路测量工作。
当时九广铁路──英段有2个方案。第一个方案是由尖沙咀直接向北，穿越笔架山，然后沿沙田海及吐露港海岸到达边境。这个方案的好处是能够经过当时新界的行政中心大埔，但缺点是需要开凿长达2.4公里的笔架山隧道。另一个方案是由尖沙咀向西北沿海岸而行，经过荃湾及青山湾海岸，再北上屯门及元朗到达边境。这个方案的优点是只须开凿数条较短的隧道，技术上较首方案简单得多，可是这个定线所经之处比较荒芜，而且路程也较首方案长。最终，港英政府最后接纳第一个方案。
1906年，全长35.4公里的英段开始动工，而全长143.2公里的华段亦于1907年展开建筑工程，满清政府更邀得中国铁路专家詹天佑成为华段的总工程师。九广铁路──英段兴建初期使用了轨距为610毫米的路轨，但工程中途便全面改用轨距为1435毫米的标准路轨。工程需要兴建不少桥梁和基堤，以及5条隧道，当中包括最长的笔架山隧道。这条隧道是当时亚洲规模最庞大的工程，花了3年时间才完工。由于当时施工环境恶劣，工程期间有超过50名工人死于隧道内。
1910年10月1日，耗资130万英镑的九广铁路──英段落成启用。启用仪式原本由两广总督和香港总督在罗湖主持，但由于中方最后决定派出次一级的官员，英方最后也只派出香港辅政司主持启用仪式。当时英段属单线系统，火车由蒸汽机车拖动，车站则包括尖沙咀站、油麻地站、沙田站、大埔站（其后改称大埔滘站）及粉岭站5个车站，同年增设大埔墟旗站。另一方面，由于尖沙咀站尚未完工，所以在1913年之前，临时总站设于梳士巴利道。
1911年10月5日，来往香港与广州的港穗直通车也随华段建造完成而正式投入服务。通车初期，每天开出两班，行车时间约四个多小时，座位分为头等及二等，票价分别为5.4银元及2.7银元。 1911年4月，香港政府接纳大埔理民府建议，修筑一条由粉岭通往沙头角的支线，是为沙头角支线。兴建工程所使用的物资，主要是之前于九广铁路──英段拆下来的610毫米轨距路轨。1912年4月1日，沙头角支线正式落成通车。支线全线单轨行车，全长11.67公里，设有5个车站，客货运两用。
1913年，为方便使用上水高尔夫球场的乘客，九广铁路在上水增设停车点。同年直通车进行提速，来往九龙及广州的时间缩短至3小时40分钟。
1914年列车开始使用尖沙咀站月台，整个车站亦于1916年全面启用。
1919年，何文田增设了停车点。1923年发生省港大罢工，令直通车服务一度中断，至1927年才恢复正常。
1928年4月1日，因为之前一年沙头角公路落成启用后，令乘搭铁路的乘客大幅减少，沙头角支线正式停办。
1930年，中国的内战导致九广铁路直通车中断运作。1935年，大围车公庙增设停车点，但于翌年停用。1937年8月，九广铁路增加九龙至汕头的直通车服务。 同年抗日战争开始，九广铁路──华段因些经常受到日军空袭，在工程人员努力抢修下，九广铁路只能维持有限度服务。1938年10月12日，九广铁路──华段其中一条铁路桥被严重炸毁，使直通列车服务全面停顿。同年10月21日广州沦陷，九广铁路──华段停止运作。1941年12月8日，日军开始进攻香港，英方炸毁九广铁路──英段不少设施，以阻碍日军前进，同年12月25日香港沦陷。日方于1943年完成修理整段九广铁路，重新复办来往香港至广州的直通车。另一方面，大部份原属九广铁路──英段的列车和设备被运到中国大陆使用，因此在香港重光时，只剩下2部机车和几个车卡。 1949年10月14日，由于中国人民解放军进驻广州，来往九龙和广州的直通车便在政治原因下停驶。华段改以深圳火车站为终点站，成为其后的广深铁路。而英段则改以罗湖站为终点站。另一方面，香港政府兴建了粉岭至和合石坟场的和合石支线，并于每年的清明节和重阳节提供客运服务，平时则用作运送尸体的用途。
1955年9月5日，2辆柴油机车开始投入九广铁路──英段的服务，蒸汽机车终于在1961年8月全部被取代。
1973年，九广铁路──英段展开双轨化的工程。
1975年11月30日，九龙总站由尖沙咀海旁迁至红磡，尖沙咀总站在不久后便被拆卸，只保留钟楼（现为香港法定古迹，亦为尖沙咀地标之一），原址兴建香港文化中心，而路轨原址则兴建香港艺术馆、香港太空馆及新世界中心。另一方面，来往九龙至广州的直通车于1979年4月4日重新运作。
1978年，九广铁路──英段开始了全线现代化及电气化计划，耗资35亿港元，同年和合石支线因配合工程而停止运作。在此以前，即使人们只是来往九龙及沙田，已经是“大件事”了。
1981年4月26日，双轨设计的新笔架山隧道正式启用。
1982年5月6日，英段首阶段的电气化工程完成，九龙至沙田近郊线电气化列车正式启用。1983年5月2日，沙田至大埔墟段完成工程。大埔墟至罗湖段电气化工程于同年7月15日投入服务，并由当时的香港总督尤德爵士主持通车仪式。 1982年，新旺角站启用，取代原有的油麻地站，而可与地铁转乘的九龙塘站亦于同年启用。
1983年，新大埔墟站和大围临时站启用，旧大埔墟站后来改建为香港铁路博物馆。
1985年，火炭站和马场站先后启用，而大围站和太和站则分别于1986年4月23日和1989年5月9日启用。
1982年之前，英段的管理属香港政府部门，称为九广铁路局，随着《九广铁路公司条例》于同年12月通过，九广铁路公司于1983年2月1日正式成立，自此脱离政府。公司由香港政府全资拥有，其运作则由管理局监察，管理局的成员由香港总督（回归后改为香港特别行政区行政长官）委任。 1984年10月15日，九广铁路公司接受乘客以“通用储值票”（前身为地铁公司的“储值车票”）付款。同年10月17日，公司接受政府邀请，在新界西北屯门区和元朗区建造和营运轻便铁路。
1988年9月18日，新界西北的“轻便铁路”投入服务。
1990年代，为配合香港兴建西部铁路走廊第一期（即后来的九广西铁），九广铁路公司将“九广铁路──英段”改名为“九广东铁”，“轻便铁路”则改名为“九广轻铁”。
1998年10月，西铁正式开始施工。同时积极扩展轻铁网络，将之转型为西铁的主要接驳交通工具。
为配合政府优先发展铁路的政策，九广铁路公司决定转型为规划、设计及建造大型新网络的机构。公司应政府邀请，就多条新铁路的兴建进行详细研究及提交建议书。这些新项目包括3条东铁支线：于大围接驳东铁的马鞍山铁路、红磡站至尖沙咀东部的支线、以及作为第2条过境铁路通道的落马洲支线。。
1978年实施全面双轨及电气化火车工程。
1982年5月6日，首阶段的电气化工程完成，九龙至沙田近郊线电气化列车正式启用。
1982年12月24日，《九广铁路公司条例》通过，包括成立九广铁路公司，使九广铁路正式脱离政府。此计划源于1981年，香港政府打算将营运九广铁路英段的九广铁路局由政府部门改为公共法团，以让新公司可以商业原则运作。新公司成立后，公司虽仍由政府全资拥有，但其运作则由公司自行处理，再由管理局监察，管理局的成员由香港总督（现在则是香港特别行政区行政长官）委任。
1983年2月1日，九广铁路正式改由九广铁路公司经营及管理。
1983年7月15日，沙田至罗湖段电气化工程也投入服务，由当时的港督尤德爵士主持通车仪式。
1984年，公司接受政府邀请，在新界西北区建造和营运轻便铁路。1988年9月，新界西北区的轻便铁路投入服务。
1990年代为配合兴建西部铁路走廊，“九广铁路──英段”改名为“九广东铁”；轻便铁路则改名为“九广轻铁”。
为配合政府优先发展铁路的政策，九广铁路公司改组成为规划、设计及建造大型新网络的机构。公司应政府邀请，就多条新铁路的兴建进行详细研究及提交建议书。
1998年10月，西铁正式开始施工。同时积极扩展轻铁网络，将之转型为西铁的主要接驳交通工具。
其他新项目包括三条东铁支线：于大围接驳东铁的马鞍山铁路、红磡车站至尖沙咀东部的支线、以及作为第2条过境铁路通道的上水至落马洲支线。
2002年9月24日，政府邀请九广铁路公司兴建及经营九龙南线。
2002年6月25日，政府宣布九广铁路公司投得沙田至中环线(沙中线)的兴建与经营权。
2003年12月7日，轻铁位于天水围的2段新支线通车，两条新支线共长4.4公里，设有11个新车站。
2003年12月20日，历时5年建成的西铁正式启用。
2004年1月3日，在与政府重新审查过九铁整体规划，九铁宣布会搁置沙中线，而会用沙红线代替。新铁路的走线会和原来的沙中线相若，但不会过海，而是改经黄埔再转入红磡站，然后经过南环线连接西铁；而原来的东铁会南延过海到中环，使东铁和西铁形成一个在红磡转车的十字型路线。
2004年10月24日，九广东铁尖沙咀支线正式启用，列车从红磡站延至尖东站为终点。
2004年12月21日，马鞍山铁路正式通车。
2005年11月6日，九龙南线正式动工。
2006年4月11日，香港行政会议通过九广铁路公司和地铁有限公司的合并方案。 主条目：两铁合并
政府计划把地铁有限公司与九广铁路公司两组铁路网络营运合并。2004年2月24日，政府邀请地铁公司及九铁公司就合并计划进行商讨，预计6个月内完成磋商，可望于2005/06年度落实两铁合并安排。对此，社会各界有不同看法。有人认为合并后可节省行政开支，使票价有下调空间；铁路网络将会统一，使新铁路综合转乘能力增强；减少铁路网络出现路线重叠的情况，从而减少浪费纳税人金钱。有人却认为合并会令该系统成为“独立王国”，造成垄断局面。
2006年4月11日，香港行政长官曾荫权公布，行政会议通过两铁合并方案，决定将九广铁路公司多条铁路、接驳巴士和物业的经营权转交地铁公司50年（可延长），提供一连串车费减免方案（包括取消转车闸费及引入“可加可减机制”），并尽早处理沙中线转车问题及除部份两铁转车站转车闸机。只等待地铁有限公司股东同意，两铁合并即会落实。
2007年10月9日，地铁公司股东特别大会通过两铁合并方案，两铁将会在2007年12月2日正式合并，宣告九铁公司将结束其所有业务。
2007年12月2日，九广铁路公司的业务正式合并致香港铁路有限公司营运。公司所有铁路资产，以服务专营权方式授予港铁公司使用；所有物业等其他业务，则出售予港铁公司营运。九广铁路公司由成立开始计，历经25年后停止营运所有铁路、物业等业务。
