中铁四局的历史，最早可以追溯到建国初期的1950年。
1959年11月，为保障战时军需运输，中央军委、铁道部以东北铁路特派员办事处工程总队为主体、从全国各铁路局抽调部分骨干力量，正式组建中国人民志愿军铁道工程总队，跨过鸭绿江，承担京义（平壤-新义州）、定清（定州-清水）铁路线的抢修任务。
1953年11月，铁道工程总队顺利完成任务凯旋回国。此后，经过铁道部西北铁路工程局（咸阳）和铁道部华北铁路工程局两部分11次较大规模分立、组合的机构演变，至1965年1月，以福州铁路局工程指挥部调入华北铁路工程局为标志，基本形成了铁道部第四工程局的主体。
1966年8月，铁道部华北铁路工程局正式更名为铁道部第四工程局；为贯彻执行西南三线铁路建设的国防战略，经过20天的千里搬迁，局机关从繁华的北京市迁址云南省富源县。
1970年6月，铁道部第四铁路工程局与铁道部第四设计院合并，组建新建制的铁道部第四铁路工程局，机关设址湖北省武汉市。
1974年1月，交通部第四铁路工程局电气化工程处调出与交通部电务工程总队、交通部第三铁路设计院电气化设计处合并，组建交通部铁路电气化工程局，机关设址北京市。
1977年1月，铁道部第四工程局按原局、院建制重新组建铁道部第四工程局和铁道部第四设计院；同年3月7日，新建的局、院就地分开办公；经过3个月的搬迁，铁道部第四工程局在安徽省合肥市新址正式办公，此后便在合肥落地生根发家。
1984年10月，铁道部第四工程局在“拨改贷、利改税”的改革中，更名为铁道部第四工程公司，成为具有法人资格、独立经营、自负盈亏的经济实体。
1985年9月，铁道部第四工程公司又更名为铁道部第四工程局。
2000年6月28日，铁道部第四工程局在与铁道部正式脱钩的基础上，由中国铁路工程总公司和中铁四局集团有限公司职工持股会作为两个投资主体，设立中铁四局集团有限公司，注册资本9.6亿元。
此后，中国中铁股份有限公司多次为中铁四局增资，截止目前中铁四局的注册资本已跃升为45.6亿元人民币。
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