渝怀铁路于2000年12月16日开工，2006年1月15日开通客车，2007年4月18日客运全线通车。2009年9月27日上午，渝怀铁路重庆北至涪陵段增建二线工程开工。
渝怀铁路是中国实施西部大开发战略的标志性工程之一，西起重庆，东至怀化，包括重庆枢纽配套工程，途经重庆、贵州、湖南3省市的长寿、武隆、涪陵、彭水、黔江、酉阳、秀山、松桃、铜仁等市县地区。线路全长625公里，为I级单线，预留复线条件，一次建成电气化铁路。其铁路穿过的区县多为贫困地区，因此渝怀铁路又被称作是一条扶贫铁路。工程总投资为198.7亿元，总工期为5年半。年设计能力近期为货运901万吨、客车14对，远期为货运1000万吨、客车17对。
渝怀铁路设计路段大部分都在山地丘陵间穿行，共有桥梁372座，隧道190座，桥隧总长占全线总长的一半，其中隧道长度达241公里，5km以上隧道8座，最长隧道为圆梁山隧道，长达11.68km，施工难度大.