2001年12月30日，八通线正式开工。
2002年9月20日中午，八通线跨京承铁路横钢梁吊装成功。 11月，位于四惠站上方的八通线指挥中心正式动工。
2003年1月，八通线开始铺轨。 2月19日，北京地铁京通发展有限责任公司和南车四方机车车辆股份有限公司举行签约仪式，为八通线购置96卡、24编组新型电动客车。 4月，土桥车辆段内12个单体建筑结构全部封顶。 5月，北京市规划委网站开始公示高碑店站至八里桥站5座车站的站名。 5月28日，八通线铺轨工作完成。 7月，八通线开始车站装修和设备调试。 11月，八通线指挥中心完工。 11月26日8时，地铁运营公司正式接管八通线。 11月28日，八通线首批新型城轨列车在南车四方机车车辆股份有限公司竣工下线。 12月8日，八通线土桥车辆段车场和正线冷、热滑试验完成。 12月12日，北京市发改委举行八通线票价听证会。同日，八通线正式空载试运行。 12月22日，北京地铁车辆厂为八通线生产的首辆样车下线。 2003年12月27日11时，八通线全线开通运营。比此前公布的开通时间12月28日提前一天。
2004年1月7日，八通线首次因故障晚点。 1月22日，八通线列车早晚高峰期最小行车间隔由10分钟缩短为7分30秒。 8月9日起，八通线早高峰列车间隔由7分30秒缩短为6分钟。
2005年4月28日起，八通线全部使用新型空调电动客车。 5月16日，八通线四惠站和土桥站率先开始实行“按线候车”。 6月6日，八通线全线所有车站正式实行按线候车。 9月5日，八通线开始执行新的列车运行图，高峰时段列车运行间隔由6分钟缩短为5分钟。
2006年4月24日7时50分左右，八通线一列车在四惠站发生故障，8时10分运营恢复正常。 6月19日，八通线公布列车间隔时刻表。 10月31日，市规委网站开始对八通线广播学院站更名方案征求市民意见 ，由于大多数市民同意更名为传媒大学站 ，故将站名于次年4月3日改为“传媒大学”站。 12月12日8时21分，八通线开往四惠站方向一列车在传媒大学站停靠后，因三车厢二号门无法关闭导致全线停运，8时42分恢复正常运营。
2007年5月21日，八通线早高峰时段7:00至9:00运行间隔由5分钟调整为4分钟，运力提高25%；晚高峰时段17:00至19:30由6分钟调整为5分钟。 5月27日，八通线列车开始安装移动电视。 9月30日至10月4日，八通线延长运营1小时。
2008年5月25日，八通线首列6辆编组列车投入运营，标志着八通线“四改六”扩编工程开始实施。
2009年5月21日起，八通线使用新编平日列车运行图，土桥站末班车时间由22点05分延长至22点42分，四惠站末班车时间由22点45分延长至23点22分，全日开行列数由384列增加至392列。 5月23日起八通线使用新编双休日列车运行图，土桥站末班车由22点05分延长至22点42分，四惠站末班车由22点45分延长至23点22分，全日开行列数由290列增加至296列。
2010年1月10日，八通线传媒大学站一名女子坠轨，导致八通线停运半小时。 5月28日，八通线双桥站一男子跳下站台，导致双桥站停电6分钟，八通线全线停驶约10分钟。 8月6日，土桥站一辆列车进站时道岔出现故障，导致土桥到果园方向线路暂停运营约40分钟。
2011年6月28日，八通线在早高峰开始发小圈区间车，从四惠出发到果园站清车折返。 9月5日，八通线在通州北苑站试点公布早高峰列车拥挤度。 10月，八通线加装屏蔽门工程初步设计概算获得市发改委批复。
2012年8月9日，八通线加装屏蔽门工程启动。 2013年11月，八通线完成全部车站屏蔽门主体安装。
2014年4月，八通线屏蔽门开始手动开关试运行。 2015年4月，八通线屏蔽门开始加装激光探测装置。 6月9日，八通线屏蔽门开始全天试运行。 7月22日7时许，一男子进入八通线传媒大学至高碑店区间轨道，导致列车停滞。 （主词条：7·22男子误入地铁八通线事件）
北京地铁八通线最快在何时贯通运营
已经开通10多年，要“翻山越岭”才能换乘的1号线和八通线，现在正一步步实现贯通，最早有望在2019年“梦想成真”。北京市公共资源交易服务平台和中国国际招标网近期发布的“八通线（二期）南延工程车辆电气牵引系统采购招标项目”招标公告显示，为保证八通线南延及一号线、八通线车辆设备的一致性、互换性、先进性，以及降低采购成本，提高采购进度，本项目计划共增购车12列——其中八通线南延增购7列42辆，一号线、八通线贯通增购5列30辆。
此外，八通线信号系统改造工程——车辆改造项目也发布了招标公告。招标范围包括：为适应北京轨道交通八通线信号系统改造而进行的八通线现有车辆（30组）牵引及制动系统改造、新信号系统车载设备的安装、旧信号系统车载设备的移设及拆除，以及车辆为了满足新信号系统接口所进行的其它配套改造。