2001年11月，完成了《南京地铁2号线一期工程预可行性研究报告》。
2002年9月，完成了《南京地铁2号线一期工程可行性研究报告》的编制工作。
2002年8月，南京地铁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。原定于2003年开工，后因宏观调控延期。2号线一期，西起河西油坊桥，东至马群，全长25.14千米，共设车站19座，其中地下车站18 座，高架1座，工程总概算约为104.5亿元。
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12月28日，南京地铁2号线一期开工，原江苏省省委书记李源潮、原江苏省省长梁保华在建邺区南京地铁二号线向兴路站（现奥体东站）奠基。
2006年5月，南京地铁2号线全面开工。
2007年10月07日上午，南京地铁二号线东延工程在仙鹤东站正式破土动工。南京市市长蒋宏坤出席二号线东延工程开工典礼并启动开工按钮，市领导陆冰、魏克、梁学忠、陆平贵和市有关部门领导、仙林大学城驻区高校领导应邀出席典礼现场，地铁指挥部全体处以上干部和地铁二号线设计、施工、监理单位代表参加了典礼。
2008年4月18日，东延线继续向东延伸，至体育学院站（现名经天路站）。
2009年5月31日，2号线首列车交付南京地铁。
2009年11月26日，2号线左线实现轨通。
2009年12月31日，列车开始上线热滑。
2010年4月1日，南京地铁总公司运营分公司为确保南京地铁2号线全线正式开通仪式的顺利举办和南京地铁2号线正式试运营的顺利实施，开始进行南京地铁2号线全线总联调。
2010年5月20日至2010年5月26日，南京地铁2号线举行了全线路模拟运营，其中2010年05月22日对各路媒体记者开放试乘，2010年5月23日~2010年5月26日开放部分市民代表试乘。
2010年5月28日上午，举行了江苏省暨南京市关于南京地铁2号线的开通仪式，并于2010年5月28日上午10：00正式运营。
西延工程
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157.2千米。
2015年6月15日，南京地铁二号线西延工程勘察、设计类项目招标咨询（DS7-XY01-01标）开始招标。
2015年11月5日，南京地铁二号线西延工程可行性研究、勘察及设计总承包项目、勘察设计审查、岩土工程咨询等相关事务开始招标。
2016年1月27日，南京地铁二号线西延线环境影响评价报告招标。