汉丹铁路自武汉铁路枢纽汉口站西侧引出，向西经孝感的长江埠、云梦、安陆（武汉东西湖舵落口-应城长江埠为老汉宜公路路基）、随州、襄阳、至十堰丹江口市的丹江站。1965年10月，汉丹铁路全线修通，全长410公里。2001年成为中国首条提速的单线铁路；2004年进行电气化复线改造，2009年完成改造并开行和谐号动车组列车；；2012年开行中欧班列；2019年动车组列车停运；2024年开行复兴号CR200J型电力动车组列车。

清光绪三十二年（1906年）正月，湖广总督张之洞与四川总督锡良会奏清廷，倡修川汉铁路。川汉铁路是由四川成都经重庆和湖北宜昌至汉口的铁路线，该工程于宣统元年（1909年）十月开工。曾引起川、鄂两省人民“护路”风潮，引发辛亥革命的川汉铁路，最终只完成汉口至宜昌线路的路基而废弃，其路基后来成为汉口至宜昌最早的公路。1959年修建汉丹铁路时，区境段用汉宜公路的路基改建成铁路线。

新中国成立后，湖北省上报国家计委和铁道部，要求把汉丹铁路的修建列入国家计划，但未能如愿。这条400多公里的一级干线铁路，要靠湖北省自筹资金修建，这在我国铁路建设史上是第一次。

1958年9月1日，丹江口水利枢纽工程在湖北西北部丹江口市开工建设。中共湖北省委为了从根本上改变鄂西北地区落后的面貌，支援丹江口水利工程建设，改善鄂西北粮食外运的困境，决定修建从汉口到丹江口的地方铁路。省成立了汉丹铁路修建指挥部，武汉铁路局派出了3个工程队近万名员工，担当大、中、小桥梁和4米以上涵洞的施工任务，武汉市和沿线孝感、襄阳地区等市、县也相应建立了分指挥部(所)，动员了10万余农民、学生、机关干部组成修路大军。

1958年10月，汉丹铁路从东、西两端同时动工，东起武汉市江岸西站，西至丹江口市，全长411公里，总投资22806.43万元。年底，樊城下河线建成，长2141米，是襄樊境内最早的一段铁路。

1959年5月，由于大批民工回乡务农，加之资金不足，江岸西至襄樊段（汉丹铁路东段）暂时停建，襄樊至丹江口段（汉丹铁路西段）则继续施工。

1960年2月，湖北省成立地方铁路局，自筹资金，重新组织人力、物力，让东段复工。当年6月1日，襄樊至丹江段铁路建成通车，长100余公里，襄樊境内90公里，为境内最早的一段临时运营铁路。当年年底，东段路基全部成型。

1961年11月，东段修通至随县（今随州）境内，1962年3月修通至唐县镇。后因压缩基础建设，唐县镇至襄樊区间再度停建。但资料显示，当年汉丹铁路东线至随州沿途各站已经发送旅客89.7万人，发送货物15.3万吨。

1963年1月，湖北省地方铁路局撤销，汉西至唐县镇铁路交武汉铁路局汉丹铁路管理处管辖，成为国营铁路。同年3月，武汉铁路局撤销，汉丹管理处改属郑州铁路局。东西湖区境内舵落口至辛安渡段1960年建成，1963年开通，由襄樊铁路分局管辖。

1965年2月，铁道部决定配套续建汉丹铁路，于当年3月开工，10月与襄樊接轨。至此，汉丹铁路全线贯通。线路东起武汉市江岸西站，西至丹江站，全长411公里，为单线，非电气化客货两用铁路，设计时速60公里。

1966年1月1日，汉丹铁路全线通车，在当时的襄樊火车站举行了盛大的通车典礼，同时襄樊至丹江口铁路移交国家营运，标志着襄樊开始拥有铁路交通运输的便利条件。

1967年1月，汉丹铁路正式交付襄阳铁路分局运营。汉丹铁路运营后，丹江口水利枢纽安装的6台各重165吨的主变压器和1台重达306吨的特大型变压器均经过铁路运送到工地，并且丹江口水利枢纽大坝的混凝土造价也降低了98%。

1974年11月，舵落口站由武汉铁路分局接管。

1975年，汉丹铁路钢轨全部替换为44公斤/米以上的钢轨，至此，汉丹线彻底清除了轻、老、杂型钢轨，随着铁路建设的需要，此后钢轨也经历了多次更新换代，钢轨为60公斤/米。

1985年襄樊车站至490线路所双线引入工程竣工，汉丹铁路运输能力明显提高。

经过多次改造，到1990年，线路允许最高时速为90公里/小时，列车牵引定数由900吨提高到3000吨。

随着武汉铁路枢纽的改建、扩建，汉丹铁路武汉铁路枢纽内的线路和设备质量有了质的改变。1996年7月，对武汉铁路枢纽内汉丹线上行正线进行技术改造，枢纽内车站的站舍更新，股道延长，线路全部更换为60公斤/米钢轨，安装6502电气集中设备，信号为半自动闭塞，列车运行允许最高时速达到120公里/小时，货车牵引定吨平均达到3300吨。

至2000年12月31日，汉丹铁路经过武汉枢纽内的路段为江岸西至朱家台段，全长43.5公里。分局管辖江岸西至舵落口段，沿线设江岸西站、汉口站、新墩站和汉丹线路所，全长26.3公里。汉丹铁路有31公里穿过东西湖区，设四座车站，即慈惠的舵落口火车站、走马岭的朱家台火车站、新沟镇的新沟火车站、辛安渡徐家台的辛安渡火车站。舵落口火车站为三等站，担负着国家煤炭水陆联运及湖北省其他物资转运任务。朱家台、辛安渡、新沟三个火车站都是四等站，过去都以客运为主兼办货运，随着公路运输的发展，客运业务逐渐萎缩，到2000年已完全停止客运，辛安渡火车站是会让站，朱家台、新沟火车站只办理货运业务。

2001年9月30日，作为中国首条单线提速铁路的汉丹线在通过铁道部验收后，开始提速运行。十二辆快速列车已成功在武汉至襄樊区间运行。提速区段为武汉铁路枢纽江岸西站至老河口东站，提速里程为三百七十二公里，最高时速达一百四十七公里，线路状况和行车组织基本达到了铁道部提速要求。

2004年12月31日，汉丹铁路增建第二线工程在随州易家湾破土动工。改建铁路沪汉蓉通道武汉至襄樊段（即汉丹铁路）位于湖北省西北部，东起湖北省会武汉市，经孝感、随州至襄樊，全长299.884正线公里。它连接着京广和焦枝两大干线，东联武汉铁路枢纽，与京广、武九、合武等铁路相连，直达华东、中南地区；西接襄樊枢纽，与焦柳线、襄渝线衔接，中有长荆线、小林至厉山联络线接入，可直接贯通西北、西南。它是连接京广和大湛两大通道的重要联络干线，是西南与中南、华东地区间和西北与东南地区间重要运输通道之一。作为规划沪汉蓉铁路大能力通道内的北线，它是定位为货运为主兼顾客运的大能力铁路通道；南线定位以客运为主、兼顾货运；本线与南线共同构筑成沪汉蓉铁路大能力通道中承东启西的重要一段。

截至2007年10月，汉丹铁路东起武汉市江岸西站，西至十堰市丹江口市丹江站，全长411公里。该铁路在襄樊东进随州，西出老河口，横贯襄阳地区，境内正线长259公里，沿途设随州等27个车站。

2009年7月，经过4年多建设，汉丹铁路除丹江至老河口东段外复线电气化改造全线贯通，正线引入武汉枢纽汉口站，并在新墩站引出汉西联络线连接京广铁路的汉西站，这次改造新建了部分路段及随州站，新线不再经过长江埠站，缩短了线路里程。自此，下辛店站成为汉丹线与长荆线的交会站，而下辛店至隔蒲站的汉丹线称为新汉丹线。改造后为国铁1级双线电气化铁路，撤销了单线时期的大部分会让站，线路的通行能力大幅度提升，具备开行双层铁路集装箱运输的条件。

2009年9月28日，武汉铁路局正式宣布，经过铁路部门近5年艰苦奋战，湖北境内又一铁路重点建设工程——武（汉）（安）康二线胜利竣工投入使用。

2009年10月1日正式开行武汉至襄樊、十堰的动车组列车，第一趟动车组车次为D5201次，汉口站8:20开车，中间停靠随州站9:24/25，襄樊站10:19/27，11:53可终到十堰站，最高运行时速200公里，全程运行时间3小时33分，比公路快2小时52分。随后立折为D5202次，十堰站12:13开，襄樊站13:44/52，随州站14:44/45，汉口站15:51到，武汉与十堰可轻松实现当日往返。同时，还增开汉口—襄樊D5203次：汉口16:11开，随州17:15/16，襄樊18:10到。襄樊—汉口D5204次：襄樊18:30开，随州19:22/23，汉口20:29到。单程运行时间不到两小时，比公路快1小时57分。本次开行的动车组为CRH2型，与合武铁路动车组属同一类型，目前开行单列动车组，共8节车厢。至10月31日，三地间开行的D5201、D5202、D5204、D5206这4趟动车组累计运送旅客已超过8.5万人次。11月11日，原汉口至十堰D5201/2次动车组改为武昌站始发并经停汉口站，车次改为D5204/5、D5206/7次。

2010年6月，汉丹铁路老丹段电气化改造工程正式启动。改造工程自老河口东站至丹江站，全长45公里，改造后列车运行速度在120公里/小时至160公里/小时之间。8月29日起，新增汉口至十堰一站直达动车组，全程仅需3小时20分。9月13日，汉丹东线最后一个道口——位于孝感市云梦县郊的K81道口正式拆除，汉丹线东段实现全封闭运行。9月底增加两对动车组，其中包含武汉至十堰直达动车组一对。

2011年8月28日零时起，武汉铁路局开始实施新的列车运行图，汉丹线动车组列车运行全面降速降价，动车组时速由200公里调整到160公里；同时，调整后的动车组各席别票价在现行票价水平基础上，下浮5％左右。

2012年10月24日，吴家山车站首开至捷克帕尔杜比采中欧班列，标志着武汉首次开通中欧班列，是继重庆之后第二个开通中欧班列的城市。

2013年10月，为积极融入“一带一路”和长江经济带国家战略、建设亚欧经济廊道，武汉铁路口岸通过竣工验收，中欧班列（武汉）拿到了“出境护照”。

2014年4月23日，41箱大柜满载价值1200万美金的富士康产电子产品从吴家山站出发，经阿拉山口出境，前往波兰。出口货物不再需要到阿拉山口排队检疫、报关，在吴家山中心站就能一站搞定，仅该年就发运41个列次、2142个标准集装箱，货值205亿元。标志着中欧班列实现常态化运营。

2015年，武汉迎来了首趟中欧班列返程货物，实现了返程货物零突破。

2017年2月23日，法国总理贝尔纳·卡泽纳夫在汉丹线吴家山站参加首列里昂至武汉返程中欧班列接车仪式，展示了中欧班列（武汉）的世界知名度和国际影响力。

为满足郑渝高铁铺轨施工需要，需修建连接汉丹线与新建郑渝高铁襄阳东站铺轨基地的连接线作为新建郑渝高铁路料进入的运输通道，以将500m长钢轨运至铺轨基地。于2018年11月1日至5日在既有汉丹线插入4组道岔以引出连接线，其中上、下行正线上3组，连接线上1组，为全国首次在行驶动车的繁忙线路区间正线上进行道岔插入施工。插入道岔处为动车、货车混用的繁忙干线，设计时速160公里。为不影响既有线行车的信号及供电系统，在既有汉丹线K298+550处增设简家坡线路所，这相当于增加一套独立的火车站调度指挥系统。为了不影响既有线行车安全，每次插入道岔都需要在天窗点内进行，每组道岔插入的时间为3小时。道岔插入完成后立即通车，不影响汉丹线正常的行车运营。

2019年11月29日，汉十高铁开通，汉丹线动车全部停运。

2020年3月28日上午10点，中欧班列(武汉)运载50只装有防疫物资及各类产品的集装箱，从中铁联集汉丹线吴家山站始发。4月14日，德国北威州杜伊斯堡港货运场站迎来10多天前从武汉始发的X8015/6次中欧班列。这是自疫情防控以来，从武汉开出的首趟中欧班列，标志着中欧班列(武汉)恢复常态化运营。

2021年12月22日凌晨，X8015次列车从武汉吴家山站开出，驶往德国杜伊斯堡，这是武汉开出的第1000列中欧班列。

2024年1月3日6时22分，中欧班列(武汉)2024年首趟班列X8015次列车从吴家山站始发。该班列将一路向西由汉丹、焦柳等线运行，奔向目的地俄罗斯。

2024年1月10日，全国铁路实施新的列车运行图，动车组列车再度回归汉丹线，原成都东至广州区间运行的Z124/1、Z122/3次列车，升级为复兴号CR200J型电力动车组，同时改为广州白云终到始发，车次改为D194/1、D192/3次。成为汉丹线历史上首个动力集中型动车组担当的车次。

2024年4月2日，沪渝蓉高铁武宜段汉口至汉川东西南下行联络线跨汉丹铁路特大桥转体完成。

2024年4月29日，湖北港口汉欧国际组织发运的首趟JSQ商品车专列（俗称“笼车”）从吴家山站驶出。该车将通过霍尔果斯出境，最终抵达俄罗斯莫斯科。这是吴家山站开出的首列笼车专列，为湖北车企抢占国际市场开辟了一条高效、便捷的国际物流通道。

2024年12月12日00时00分至2025年7月31日24时，位于襄阳老河口市东启街的汉丹线K391+510道口进行了平改立建设施工。

汉丹线单线时期全线共有车站50个，其中汉襄段36个（包含襄樊站），西段14个，包括丹江站、付家寨站、苏家河站、洪山咀站、老河口站、仙人渡站、莫家营站（后改名为老河口东站）、太平店站、陈家湖站、朱坡站、黑龙堰站、熊营站、马棚站、襄樊北站（后改名为襄阳北站）、襄樊站（后改名为襄阳站，不在正线上，通过联络线连接）、肖湾站（后改名为襄阳东站、襄州站）、简家坡站、张家集站、琚湾站、董岗站、枣阳站、兴隆集站、随阳店站、万福店站、唐县镇站、净明铺站、厉山站、两水沟站、随县站（后改名为随州站）、淅河站、十岗站、马坪站、长岭岗站、平林站、三陂港站、安陆站、界牌站、义堂站、云梦站、隔蒲站、化工站、长江埠站、下辛店站、辛安渡站、新沟站、朱家台站（后改名为吴家山站）、舵落口站、新墩站、汉口站、江岸西站。截止2005年，有墨家营、太平店、陈家湖、朱坡、黑龙堰、马棚、襄樊北、襄樊、枣阳、随州、安陆、云梦、长江埠、新沟、汉口等车站办理客运业务，其余的肖湾等车站仅办理货运业务或仅供技术停车、会让等。

汉丹铁路复线电气化开通后，大部分会让小站关闭撤销。现存车站共27个。仅襄阳站、襄州站、枣阳站、随州站、安陆站、云梦站、汉口站办理客运业务；其中，汉口站是武汉局直属的客运特等站，承担武汉铁路枢纽所有线路客车的运输；襄阳北站是武汉局直属的特大型双向编组站，办理编组业务和通勤乘降；吴家山站新建有大型集装箱转运站；襄阳站是武汉局直属的客货运一等站，管辖襄阳站至平林站区间的车站，丹江站至陈家湖站区间的车站归十堰车务段管辖，安陆站至汉西站区间车站由汉西车务段管辖。现铁路自东向西车站依次为：

汉口站、新墩站、舵落口站、吴家山站、新沟站、下辛店站、隔蒲站、云梦站、安陆站、平林站、马坪站、随州站、厉山站、唐县镇站、随阳店站、兴隆集站、枣阳站、琚湾站、简家坡线路所、襄州站、襄阳站（不在正线上，通过联络线连接）、襄阳北站、马棚站、陈家湖站、老河口东站、老河口站、洪山咀站、丹江站

汉丹铁路正线自武汉铁路枢纽汉口站西侧引出，正线出汉口站后，途经武汉市江汉区、硚口区、东西湖区，过境孝感市汉川市、应城市，纵贯孝感市云梦县、安陆市，横穿随州市广水市、曾都区、随县及襄阳市枣阳市、襄州区、樊城区、老河口市，抵达十堰市丹江口市。

应城市境内长江埠站以东为老汉宜公路路基（利用最初筹建的川汉铁路部分建成路段之路基）。

改造后线路为Ⅰ级复线电气化铁路：限制坡度4‰，超限坡地段维持现状不变；最小曲线半径一般3500m，困难2800m；牵引质量5000t； 到发线有效长度1050m；采用自动闭塞。

改造完成后的汉丹铁路正一步步实现改造提速目标，列车运行时速提高到200公里/小时，具备了开行动车组的条件，连接华中与西南的铁路大通道实现大扩能。客运牵引机车也由DF11型内燃机车逐步更换为SS7E/SS9/HXD3型电力机车，货运牵引机车由DF4B型内燃机车更换为SS6B型电力机车。

2022年12月28日，由集团公司承建的汉丹线通信无线GSM-R系统工程项目在湖北省襄阳市枣阳县正式开工。汉丹线汉口站至襄阳北站正线全长318.34公里，汉口（不含）-襄阳北区段（K0+000-K318+340）使用450M无线列调系统，将此区段450MHz无线列调系统改造为GSM-R数字移动通信系统，并同步建设BSC、网管系统，以及由此延伸的相关数字调度通信系统、传输、光缆、电力、房建、暖通工程的建设。

2023年4月17日，汉丹铁路新建通信无线G网系统工程K287+000通信直放站施工，顺利通过武汉铁路局集团公司专家组首件评估验收，为全线G网施工技术标准、工艺质量提供“首件引路 ，示范引领”的作用，标志着由中铁武汉电气化局集团汉丹铁路新建通信无线GSM-R系统工程项目经理部施工的汉丹铁路无线G网施工全面展开。

2024年6月2日，汉丹铁路汉口至襄阳北段新建通信无线GSM-R系统工程在K55+159下辛店站全面展开。7月底完成全线所有铁塔组立，9月底完成全线天馈倒接及网络优化。

1963年，汉丹铁路东西湖区段建成开通后，区段内4个车站以办理客运为主，兼理少量货运业务，其中客运以舵落口与新沟两个车站上下乘客较多，朱家台与辛安渡次之。1990年后因公路运输发展较快捷方便，区段内各车站客运量逐渐减少。2000年除新沟火车站年客运量有7772人外，其余3个车站已无客运业务。每天仅接送24对列车会让。

20世纪80年代，铁路货运随着东西湖地区经济发展与专业线路的建成而逐渐有所提高。舵落口车站自1985年起除担负着站区内25条专用线的衔接进行物资转运外，还担负着武汉江北罐装危险物品到该站所属的省市工业主管部门的专线办理运输到发业务。新沟火车站除衔接汉川电厂专用线外，还担负附近工厂的货物到发业务，2000年货运量达到284车匹，总载重量1.7万吨。

复线电气化改造后，列车运营时速得到提高，货运列车对数有较大增长。汉丹东线客运列车由2001年的12对增加到27对。其中，管内列车8对（仅统计在东线车站有停靠的列车），直通列车19对，，可直抵省内十堰、武汉、鄂州、黄石，省外上海、广州、深圳、福州、厦门、南昌、洛阳、太原、西安、银川、重庆、成都、安康、南京、合肥、长沙等地。襄阳站作为汉丹东线的客运一等站，开行有往广州、上海、湛江、昆明、武汉等地的始发列车。

1960年，东西湖农场管理局计划在三年内建成铁路专用线70公里。第一期工程已从汉丹铁路舵落口火车站引出专用线，沿汉孟公路南侧向西铺轨，1961年完工8公里，总投资129.2万元。该工程建桥梁2座、涵洞14座，用水泥374吨、钢轨539.5吨、木材962立方米、石料7000立方米，解放牌汽车发动机改制火车头2部，自制火车箱30辆。1960年10月，成立东西湖农管局铁路管理站。1961年8月，经省、市政府部门批准，拆除农垦铁路专用线。20世纪80年代，铁路运输日益繁忙。区境内，汉丹铁路有多条专用线与企业和汉江航运衔接。1998年底，全区铁路专用线有10户27条，合计总延长为25.07公里。

舵落口货场为综合性大型货场，占地面积43万平方米，可铺设12条货线，兴建12座大型仓库，拥有20条铁路专用线，规划设计能力为年运量500万吨，该货场第一期工程于2000年建成可开通营运。

2001年成为中国首条单线提速铁路。

2010年东线成为封闭运输的铁路。

2012年开行中欧班列，使武汉成为全国第二个开行中欧班列的城市。

远期与宁西铁路复线工程衔接，彻底解决“西汉丹”断头路问题。该工程仍未实行。

汉丹铁路建成，不仅为国家重点工程——丹江水利工程建设发挥重大作用，产生了巨大的经济效益，而且改善了鄂西北地区的交通状况，同时也为襄阳乃至整个湖北省的经济发展注入了活力。

汉丹线老河口至丹江段约46公里，为支线铁路，承担货物运输任务。研究推动汉丹线老河口东至丹江口段既有线改造对盘活汉丹线既有铁路资源、促进区域经济社会发展具有积极意义。据铁路部门统计，2023年，丹江站、洪山咀站与老河口站三个站的货运量分别约为119万吨、73万吨和34万吨，老河口至丹江口运力有较大富余。