中鐵四局的歷史，最早可以追溯到建國初期的1950年。
1959年11月，為保障戰時軍需運輸，中央軍委、鐵道部以東北鐵路特派員辦事處工程總隊為主體、從全國各鐵路局抽調部分骨幹力量，正式組建中國人民志願軍鐵道工程總隊，跨過鴨綠江，承擔京義（平壤-新義州）、定清（定州-清水）鐵路線的搶修任務。
1953年11月，鐵道工程總隊順利完成任務凱旋迴國。此後，經過鐵道部西北鐵路工程局（咸陽）和鐵道部華北鐵路工程局兩部分11次較大規模分立、組合的機構演變，至1965年1月，以福州鐵路局工程指揮部調入華北鐵路工程局為標誌，基本形成了鐵道部第四工程局的主體。
1966年8月，鐵道部華北鐵路工程局正式更名為鐵道部第四工程局；為貫徹執行西南三線鐵路建設的國防戰略，經過20天的千里搬遷，局機關從繁華的北京市遷址雲南省富源縣。
1970年6月，鐵道部第四鐵路工程局與鐵道部第四設計院合併，組建新建制的鐵道部第四鐵路工程局，機關設址湖北省武漢市。
1974年1月，交通部第四鐵路工程局電氣化工程處調出與交通部電務工程總隊、交通部第三鐵路設計院電氣化設計處合併，組建交通部鐵路電氣化工程局，機關設址北京市。
1977年1月，鐵道部第四工程局按原局、院建制重新組建鐵道部第四工程局和鐵道部第四設計院；同年3月7日，新建的局、院就地分開辦公；經過3個月的搬遷，鐵道部第四工程局在安徽省合肥市新址正式辦公，此後便在合肥落地生根發家。
1984年10月，鐵道部第四工程局在“撥改貸、利改稅”的改革中，更名為鐵道部第四工程公司，成為具有法人資格、獨立經營、自負盈虧的經濟實體。
1985年9月，鐵道部第四工程公司又更名為鐵道部第四工程局。
2000年6月28日，鐵道部第四工程局在與鐵道部正式脫鉤的基礎上，由中國鐵路工程總公司和中鐵四局集團有限公司職工持股會作為兩個投資主體，設立中鐵四局集團有限公司，註冊資本9.6億元。
此後，中國中鐵股份有限公司多次為中鐵四局增資，截止目前中鐵四局的註冊資本已躍升為45.6億元人民幣。
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