前期规划
1918年（民国六年），孙中山在《建国方略·实业计划》中勾勒出由云南昆明经楚雄、大理、滇西北，在江达与川藏铁路南线会合并至拉萨的滇藏铁路的蓝图[16] 。
1977年11月，中国共产党中国人民解放军铁道兵委员会、原中华人民共和国铁道部党组向中华人民共和国国务院、中国共产党中央军事委员会呈送《关于缓建青藏铁路格尔木至拉萨段、修建昆明至拉萨铁路的请示报告》。报告详细介绍了青藏线、川藏线、滇藏线各自的利弊得失，以及昆明军区、云南省委、成都军区、四川省委和西藏自治区党委的意见，最后提出了倾向性意见：先修建滇藏铁路[17] 。 滇藏铁路穿越滇西北入藏
1983年12月，原中华人民共和国铁道部第二勘测设计院《滇藏线可行性研究报告》完成编制[61] 。
1993年，原中华人民共和国铁道部第二勘测设计院专家发表《建设我国西部米轨铁路非常必要》，在文中论述了建设滇藏铁路的必要性[63] 。
1999年，原中华人民共和国铁道部召开进藏铁路相关会议对青藏、川藏、滇藏、甘藏4条线路进行分析论证，决定重点做滇藏和青藏[17] 。
2000年10月，原中华人民共和国铁道部再次就进藏铁路选线召开相关论证会，对青藏线和滇藏线进行比较。经过严密充分的论证之后，青藏铁路被定为进藏铁路的首选方案，滇藏铁路被暂时搁置[17] 。
2004年，中华人民共和国国务院通过的《中长期铁路网规划》中明确“从云南入藏的滇藏线仍继续做好地质调查和技术经济分析，是否建设视研究论证结果再定”。在云南省“十一五”铁路建设计划中，如何完整建设滇藏铁路并没有被提及，但属于滇藏铁路的丽（江）香（格里拉）铁路建设列入了计划[1] 。
2006年初，《云南省“十一五”规划战略研究》公布，其中提到“将做好滇藏铁路建设的地质调查和技术经济分析”。同年召开的西南六省区经济协调会上决定开始滇藏铁路各项前期工作[1] 。
2016年9月，滇藏铁路纳入中华人民共和国《中长期铁路网规划》中[2] 。
昆大段
2007年10月18日，滇藏铁路昆大段开工建设[22] 。
2013年12月10日，昆楚大铁路完成昆广段的铺轨任务[40] 。
2018年2月6日，祥和隧道全线贯通[51] 。4月2日，昆楚大铁路广大段完成铺轨任务[41] 。7月1日，滇藏铁路昆大段开通运营[22] 。
动车组列车穿行于滇藏铁路昆大段
大丽段
2005年12月，滇藏铁路大丽段开工建设[1] 。同日，北衙隧道进洞[42] 。
2007年8月28日，滇藏铁路大丽段北衙隧道实现全隧贯通[42] 。