桂海铁路为位于中国广西桂林市的一段货运地方铁路。该铁路由桂林站南端接轨，南至桂林南站后东折跨过漓江，转向东南经桂林东站、大圩站后，原计划抵达海洋站，用于运输铁矿石，全长46千米，但仅修建至袁家站。后拆除大圩站后铁轨。现桂林站至大圩站全长21.19千米。

1958年9月，桂林专区成立桂海铁路修建委员会及总指挥部，柳州铁路局负责勘测和线路设计。该线修建的标准为：限制坡度桂林至海洋为5‰，反向为7.5‰，最小曲线半径为250米，车站股道有效长度为550—650米。

当年9月18日桂海铁路兴工修建。周围各县民工19920人参与路基和涵渠施工，柳局专业人员负责桥梁、信号等施工。次年6月，完成桂林站至涧沙的38千米路基，因缩短基本建设战线停建。

1961年桂林电厂扩建，利用已修建的路基并在约4千米处铺轨至电厂。

1966年5月于桂海铁路4.127千米处开设平山货场，次年元旦投入使用，改名为桂林南站。

1970年桂海铁路复工，由桂林市、桂林专区、柳州铁路局组织民工和铁路工人共1.3万余人参与建设，同年12月9日开工。次年5月，洪水冲毁袁家一带路基2千米，施工修复。至1972年5月，铺轨至袁家，完成路基土石方76.11万立方米、桥梁3座（分别跨漓江、黄沙河、马料河）共350.774米、涵渠68座共1064.56米（新建和复建），铺轨26.868千米（其中正线22.83千米），完成房屋建筑3852平方米，通信、信号等设施共耗资800.60万元。

1973年10月，因海洋山铁矿蕴藏量小、品位偏低，铁矿停建，桂海铁路二期工程停工，此后未再复工。

1974年2月，开设桂林东站，设2股道和卸煤线，投资60万元。

1976年8月1日起，桂林南站至大圩站段开始营业，并在桂林南站与湘桂铁路办理交接业务。

1982年，拆除袁家站及正线5.3千米，仅留下桂林南站至大圩站17.7千米办理营业。

2014年初，桂海铁路无限期停止桂林东至桂林南站货运业务，只有桂林站至桂林南区间办理货运业务。桂林东至桂林南站区间路线闲置，并由桂林南工务区间与桂林东公务区间联合管理（主要是桂林东工务区间），但是路线状况不佳，轨道锈蚀严重。

2014年3月由桂海铁路6K+216m处开设红岭军用专用线。全长约5公里。