1907年(清朝光绪三十三年),时任两江总督端方上奏清政府,修建南京市内铁路。经批准后,委任江南商务局总办王燮为工程总办,聘请英国人格林森(Galiensen)为总工程师,开始测量购地。当年十月,破土动工。次年十二月建成,共花费藩库公币40万两。
1909年(宣统元年),一月,全线通车,取名为“宁省铁路”,俗称“小铁路”或“小火车”。“宁省铁路”全长11.3公里(一说12.5公里),起自下关江边,跨惠民河,由金川门入城,经三牌楼、丁家桥、无量庵,沿北极阁南麓,两江师范学堂(今东南大学)后墙,越珍珠河后,在今太平南路东侧南折,经过两江总督署(总统府)东墙外,到中正街(今白下路)止。沿线设有江口(今长航客运码头)、下关、三牌楼、无量庵(后改名鼓楼)、督署(后改名长江路)、万寿宫(后改名中正街、白下路)共6个车站。
1910年(宣统2年),清政府在南京丁家桥举办“南洋劝业会”期间,又增设了劝业会站(后改名丁家桥站)。“宁省铁路”通车初期,有英制机车2辆,头等二等联合客车2辆,三等客车6辆,货车4辆,还有花车1辆、铁质水车1辆。花车专供两江总督出行使用;水车专供总督衙门到江边汲水使用。“宁省铁路”的开通,极大地改变了南京城南北的交通状况。
1912年(民国元年),“宁省铁路”更名为“江宁铁路”。1912年1月1日(民国元年),孙中山由上海乘坐沪宁铁路列车抵南京后,改乘市内小火车直达两江总督署,就任中华民国临时大总统。1927年(民国16年),“江宁铁路”更名为“京市铁路”。
1936年(民国25年),“京市铁路”向南延伸3.8公里,与江南铁路(今宁芜铁路)接轨。在延伸线上,增设了武定门、中华门两站,这样,全线增为9站。南京沦陷期间,“京市铁路”与江南铁路合并称为“南宁线”。由于日军对铁路只顾占用,不事修缮,所以损坏严重。抗战胜利后,南京市政府接管了这条线路,仍称“京市铁路”。因无力维修,路况恶化,列车连续发生出轨颠覆事故。
1949年,南京解放后,该铁路改称“宁市线”,有关部门对铁路进行了维修整治。由于该铁路纵贯全城,经过市区道口达30处之多,直接影响到南京市的交通安全和环境建设。1958年11月28日,经铁道部批准修建的由尧化门到中华门的沪宁、宁芜铁路连接建成通车后,随之拆除了在南京市内运行达50年之久的小铁路。 1984年,玄武区20位人大代表提交了“南京市兴建地铁的设想”的议案。
1986年,南京市成立综合交通规划领导小组,下设地铁专业组,南京地铁前期规划由此开始;《南京市地铁线路规划初步方案》:3条地铁、3条支线。
1992年,三山街实验站结合中山南路南下工程开始建设。
1993年,《南京城市总体规划》:4条地铁线、1条地铁支线、3条轻轨线和1条市郊铁路线。
1994年,国家计委同意南京地铁“预立项”。
1999年,国家批准南京地铁正式立项。《南京城市快速轨道交通线网规划》:6条地铁线、2条地铁支线、3条轻轨线的方案。
2001年11月,完成了《南京地铁二号线一期工程预可行性研究报告》。
2002年,日本中央复建工程咨询公司(CFK)主编新一轮《南京城市轨道交通线网规划》。主城内部布设7条轨道交通线路,中心区设4条地铁线;主城与三大新市区(东山、仙林、江北)之间各有2条以上轨道交通线连通,其中1条直达新街口中心区;主城与外围新城(板桥、新尧、龙潭、大厂、雄州等)之间也各有1条以上轨道交通线连通;三大新市区内部都将布设轻轨交通线路。
2002年8月,地铁2号线一期工程经中华人民共和国国务院总理办公会批准立项。同年9月,完成了《南京地铁二号线一期工程可行性研究报告》的编制工作;《南京城市轨道交通线网规划》:7条地铁线、3条轻轨线。
2003年,南京轨道交通线网在2002年编制的《南京城市轨道交通线网规划》的基础上进行了局部调整。调整后,南京都市发展区共13条轨道线路,总长度433公里。其中9条地铁线(含4条过江线),4条轻轨线。线网密度0.15 km/km2。南京主城区共8条地铁线路,总长度200公里。调整后的远景线网可基本划分为两个层次:即由骨干线路组成的骨干网络和由其他线路组成的预留发展网络。骨干网络共有8条主要线路,由一、二、三、四、五、六号线和江北轻轨、南城轻轨所构成。该骨干网络建成后轨道交通将承担城市客运交通的骨干作用,同时该网络也确定为南京城市轨道交通线网规划的远期网络。
2003年1月,南京地铁2号线一期工程通过了中国国际工程咨询公司组织的专家评审。
2003年12月,河西奥体中心附近的向兴路站(现名奥体东站)开始动桩施工,标志着规划已久的二号线试验段的开工。
2005年5月15日,南京地铁1号线开通观光运营,9月3日正式开通运营。
2005年,规划初步确定地铁3号线的南北纵跨长江的走向。
2007年,南京地铁3号线过江隧道通过专家评审,采用过江隧道形式过江。
2009年6月,南京地铁3号线通过国家环评,初步确定过江隧道直径11米,单洞双线过江。
2009年10月,南京地铁3号线通过国家发改委审批。
2010年1月10日,南京地铁3号线在南京南站举行试验段开工典礼,标志着地铁3号线正式开工。
2010年5月28日,南京地铁1号线南延线,南京地铁2号线正式运营,南京地铁进入十字交叉准网格运营时代。
2014年6月1日,原南京地铁1号线小行至奥体中心四个站点停运并入地铁10号线。
2014年7月1日,南京地铁10号线,南京地铁S1号线正式运营,南京地铁线形成网络化运营。
2014年8月1日,南京地铁S8号线正式运营。
2015年4月1日,南京地铁3号线正式运营。
2015年5月,《南京市城市轨道交通建设规划(2015-2020年)》获国家发改委批复,共有8条地铁线入选,包括1号线北延、2号线西延、3号线三期、5号线、6号线、7号线、9号线一期和10号线二期工程,总长度157.2公里。
2015年10月19日,《南京市(江北新区)轨道交通近期建设规划(2016-2020)》环境影响评价第一次公示 ;10月29日,环境影响评价第二次公示。