广三铁路自广州珠江南岸石围塘，经三眼桥、佛山、小塘至三水，分两段先后修筑，由美国合兴公司投资修筑。1901年12月起，开始修筑广州石围塘至佛山一段[2] ，长16.5公里，这是中国最早的复线铁路。
1903年10月5日，佛山至三水一段建成通车后，标志着共耗资四千万美元的广三铁路全线竣工，时任两广总督的岑春煊主持了盛大的通车典礼。
广三铁路与西、北江航运连接，是当年通向粤西、粤北主要通道。该铁路建成时，以客运为主，每日平均运送旅客万人以上。据资料记载，当时广三铁路的客运量占广东铁路客运人数一半以上。
据《中国铁路史》记载，广三铁路虽短，却是清末运输效益颇佳之路。
2004年，广三铁路与后建的三茂铁路两条线路合并，合并后的新线称广茂铁路。
走马营站于2022年10月关闭。[4]
为配合广湛高铁建设，广三铁路于2023年12月开始进行升级改造。
石围塘站
广三线起点站石围塘火车站就在珠江边，过去广州人在珠江对岸的黄沙码头坐渡船到石围塘码头，再买票坐火车到佛山、三水等地。由于公路、水路的高速发展，该站从1992年开始停止客运了。截至2013年石围塘站全部经营货运，日均到发车381车，日均卸车达到305车，是羊城铁路总公司的卸车大户。
五眼桥站(已撤除)
五眼桥站离石围塘站只有1500米，火车最后一卡刚刚离开石围塘站，火车头就到达五眼桥站了，如此近的距离，国内外都罕见。 五眼桥火车站(摄于拆除前)
小塘站
小塘站是广三线上物流量除了佛山站以外的第二大站，也是广三线上铁路旧迹保留较多的一个站。据小塘站现任刘站长介绍，以前小塘站站内线路只有300多米，21世纪后已达到890多米。从1992年后小塘站只装卸货物，而据陈德初老人回忆，在上世纪70年代的时候小塘站还是客货一起走的，平均每天也有800多人的客运量。
佛山站（已停运）
佛山车务段办公室的赖科长说，上世纪六七十年代珠三角地区到广州的每趟客车都满客，还要加好几节用来装货的棚车来载人。“一个车厢挤200人左右，佛山站每天的客流量达到800~900人次。”买两角钱的车票，半个小时左右就能到佛山，于是许多人假日里会坐火车走亲访友，有些小贩还会随身带上点佛山的特产回去卖。
2023年10月11日，佛山火车站暂停客运营业，其建成开通运营时间另行公告。[5]
三水河口站（变为主题公园）
这是广东省保留下来的最早的火车站，在三水城区西6公里的河口镇。据河口站前站长蔡老先生说，上世纪70年代他们在给铁路换轨时，发现一些钢轨上还清楚地刻着“1901”字样[3] 。据《三水县志》记载，三水站是广三铁路终点站，兴建时有两股道，站台长500米，宽5米。当时有大量的客运、货运从广州运往三水中转，然后再用船运到沿江各地。