清光绪三十年（1904年）6月1日，胶济铁路全线建成。

民国三年（1914年）9月25日，日本侵略军占领潍县车站，10月25日，日本侵略军强占胶济铁路西段；11月7日，胶济铁路全线被日本侵略军占领.

民国四年（1915年）1月18日，日本向北京政府提出《二十一条》，由日本继承德国在山东的包括胶济铁路在内的一切特权。

民国七年（1918年）5月1日，北京政府与日本签订了《中日合办胶济铁路》借款密约。

民国十一年（1922年）2月4日，中国与日本在华盛顿签订《解决山东悬案条约》，胶济铁路由中国赎回。

民国十二年（1923年）1月1日，中国收回胶济铁路及其支线的主权，北京政府交通部在青岛设胶济铁路管理局。

民国十三年（1924年）1月，胶济铁路各段、站路员响应四方机厂工人罢工，抗议管理局借故迟迟不发年终双饷和红利，当局慑于全体工人的威力，宣布年终双饷和红利照发。

民国十四年（1925年）2月9日，邓恩铭等领导四方机厂工人，利用胶济铁路全线罢工的机会，发动全厂罢工，向厂方提出恢复郭恒祥等人工作和其他4项要求，罢工历时9天取得胜利。3月初，胶济铁路总工会在青岛四方成立。 5月中旬，中华全国总工会副委员长刘少奇由胶济铁路总工会副委员长傅书堂陪同，到四方机厂指导工人运动。6月上旬，胶济铁路总工会成立沪青惨案后援会，在青岛、胶县、高密等地组织集会讲演，抗议帝国主义和军阀在青岛、上海镇压工人运动。6月中旬，济南机厂工会组成宣传队分赴津浦、胶济铁路各站讲演，并为支援沪、青工人斗争募捐。7月27日，山东军务总办张宗昌命令其后方司令任锡吾率领大批军队开入四方，先将胶济铁路“沪青惨案后援会”封闭，捣毁四方机厂和各纱厂工会，捕去14人，并通缉邓恩铭、傅书堂等六十余人，李蔚农遭杀害，中共四方支部遭破坏。7月30日，中华全国铁路总工会为胶济铁路总工会被封事通电全国各团体、各报馆，希望全国各界共同声讨军阀张宗昌，并对胶济铁路总会给予“实力的援助”。 8月14日，胶济铁路总工会代表盛兴泉、孔宪春赴上海呼吁各界对青岛工人罢工予以支援，并在上海散发“胶济铁路总工会代表泣告书”数千份。

民国十七年（1928年）5月3日，在济南惨案中，日军以“保护侨民”为名，悍然出兵切断胶济铁路，轰炸津浦铁路党家庄车站南端的沙河桥。11月1日，胶济铁路管理局开始由南京政府铁道部管辖。

民国十八年（1929年）4月，国民党胶济铁路特别党部成立，铁路国民党党部以“整理”“改组”为名组织或控制的铁路工会开始建立。5月1日，南京国民政府将胶济铁路管理局改组为管理委员会，执行局长职权，委派铁道部参事颜德庆兼领胶济铁路管理委员会委员长，陆梦熊、崔士杰、彭东原、赵蓝田等为委员。不久，赵蓝田辞去委员职务，南京国民政府铁道部照准。

民国二十六年（1937年）抗日战争爆发后，11月中旬开始，胶济铁路工人将机车、车辆过轨南运粤汉铁路。11月25日开始，胶济铁路工人又破坏部分线路和桥梁。

民国二十七年（1938年）1月，日本侵略军第二次侵占胶济铁路，为侵略战争需要，进行了紧急抢修，2月11日勉强通车。

抗日战争期间，中国共产党领导的国民革命军第八路军（以下简称八路军驻山东部队）、人民抗日武装和铁路工人坚持抗战，经常不断地破袭铁路和军用列车，1938年1月至1939年3月共破袭铁路605次，1940年1月至1941年3月因破袭铁路使侵略者共发生运转事故1347件。

民国三十四年（1945年）8月日本投降后，中国共产党鲁中区党委立即组织接管了胶济铁路西段。

国民党政府为发动内战，派兵进攻解放区，1946年12月勉强修通胶济铁路。但是在中国人民解放军和山东人民的不断打击下，使通车不久的铁路交通又处于瘫痪状态。

民国三十六年（1947年），解放军陆续解放胶济线西段。

民国三十八年（1949年）1月1日，胶济铁路坊子至济南间修复通车。6月2日青岛解放后，胶济铁路全线解放。7月1日，胶济铁路修复通车。

1953年10月6日，青岛车站起运采自崂山、重达百吨、运往北京的“人民英雄纪念碑”花岗石碑料，因碑料运经济南站时将受市内天桥标高限制，特在胶济铁路北关站至津浦铁路泺口站间修建便线。

1954年6月，胶济铁路开始执行铁道部《全国各（铁路）线列车上、下行方向》的规定。

1958年，原中华人民共和国铁道部批准修建胶济铁路第二线。

1959年初，胶济铁路双线开始修建。

1960年，胶济铁路双线黄台至历城段建成运营，娄山至四方段仅完成少量线桥工程。

1961年，胶济铁路双线因压缩基本建设规模而停建。

1974年，胶济铁路双线复工，完成山至南流、益都至辛店、金岭镇至湖田、周村至明水间部分路基和桥涵。

1977年，胶济铁路双线又因建设计划调整停工。

1978年，胶济铁路双线被列为国家重点工程再度复工。

1981年，胶济铁路双线开始对周村至王村、潍坊至黄旗堡间弯道多或坡度大的地段进行改道。潍坊至坊子间原有旧线及二十里堡、一七三和坊子3个车站，在改道后形成坊子支线。

1984年3月，胶济铁路复线工程开工。7月21日，胶济铁路双线济南至蓝村段开通使用。

1990年5月15日，中国铁路第一条长途通信光、电综合光缆工程在胶济铁路动工。12月28日，胶济复线二期工程通车。

1992年4月6日，中国第一条综合光缆通信系统（胶济铁路济南至淄博段）通过国家验收。同年，电力贯通胶济铁路全线，青岛至淄博段自动闭塞开通。

1996年8月16日，胶济铁路全线实现列车牵引内燃化。11月，胶济铁路复线全线开通。

1999年与2000年，胶济铁路两次提速改造中，正线钢轨除青岛至大港间因技术条件限制外，全线均换铺60公斤/米无缝轨；除部分区域和地点外，列车正线直线过岔速度提高到140千米/小时，线路允许速度达到120千米/小时。

2001年，胶济铁路全线实现立交化。

2003年2月19日，胶济铁路电气化改造被列为国家重点工程。3月，胶济铁路开始进行电气化改造工程。

2005年6月5日，胶济铁路新建63.76千米高速客运专线全线拉通。8月1日，胶济铁路四线地段列车实现客货分流。

2006年9月8日，胶济铁路电气化改造工程竣工。

2007年3月23日，胶济铁路GSM-R无线通信系统开通使用。4月18日，胶济铁路开行动车组列车。9月16日21时30分左右，胶济铁路潍坊站西到昌乐站段大圩河站附近发生路基坍塌事故，一列15节的货运列车出轨。

2008年1月23日20时48分，27名铁路工人在线路上施工时被由北京开往四方的D59次动车组列车吸入车底，18人死亡，9人受伤。4月28日4时41分，由北京开往四方的T195次列车在通过王村站时，车尾前10~17位脱轨、颠覆，随后由烟台开往徐州的5034次客车与脱轨车辆相撞，5034次客车机后1－3位及机车脱轨、颠覆。事故共造成72人死亡，416人受伤，其中约70人重伤（详见4·28胶济铁路特别重大交通事故）。12月21日，胶济客运专线通车，胶济铁路改为货运铁路，实现客货分离。

2010年1月31日，胶济铁路首次开行单班单司机值乘货物列车。

2013年7月20日，胶济客运专线运行的部分旅客列车改由胶济铁路运行，胶济铁路再次开行旅客列车。

2014年1月10日，胶济铁路增设青岛北站。

2022年11月16日，胶济铁路至济青高速铁路联络线（即黄东联络线）通车运营，济南三大火车站实现互联互通。

2024年9月3日，济南站至大明湖站新增胶济三线工程胶济铁路特大桥首孔钢梁顺利完成吊装，标志着该特大桥正式开启架梁施工。

截至2023年3月，胶济铁路共设36座车站：青岛站、四方站、沙岭庄站、青岛北站、娄山站、城阳站、即墨站、蓝村站、蓝村西站、胶州站、姚哥庄站、高密站、蔡家庄站、峡山站、黄旗堡站、潍坊东站、潍坊站、潍坊西站、昌乐站、谭家坊站、青州市站、普通站、临淄站、东风站、金岭镇站、湖田站、淄博站、马尚站、周村站、王村站、章丘站、平陵城站、历城北站、黄台站、大明湖站、济南站。

胶济铁路东自青岛站引出，自东向西共经过青岛市、胶州市、高密市、潍坊市、昌乐县、青州市、淄博市、济南市，在济南站西接京沪铁路。

胶济铁路在运营初期运营蒸汽机车。

胶济铁路复线建设后，胶济铁路牵引机车类型改为东风4型内燃机车。

2006年9月8日，胶济铁路电气化改造工程投入运营，胶济铁路开行韶山、和谐系列电力机车。

2005年，胶济铁路采用钢筋混凝土板、轨枕、钢网、砖墙4种方式，实施栅栏全封闭和绿色通道工程，推行移频股道电码化、微机联锁；发展运输管理信息系统（TMIS）等一批技术。

1997年4月1日，胶济铁路实施第一次大面积提速调图。

1998年4月16日，胶济铁路实施大密度、小编组、整点发车开行方案。10月1日，胶济铁路调图提速。

1999年6月1日零时起，胶济铁路再次调整列车运行图，增开青岛至南昌、烟台至石家庄、东营至南京西、淄博至济南、烟台至济南5对旅客列车。

2005年9月1日，胶济铁路开始提速调图。

2007年4月18日，胶济铁路开行济青动车组列车5对；京青动车组列车3对。

2008年12月21日，胶济客运专线通车，胶济铁路改为货运铁路，实现客货分离。

2013年7月20日，胶济客运专线运行的部分旅客列车改由胶济铁路运行，胶济铁路再次开行旅客列车。

1985年底，胶济铁路营业线路长度384.2千米，延展长度1195.1千米，年发送旅客472.63万人，发送货物209.95万吨。

2005年，胶济铁路营业线路长度384.2千米，延展长度1511.2千米，年发送旅客572.43万人，发送货物1829.72万吨。

胶济铁路途经强震带；穿越季节性河流，雨季常河水暴涨，冲刷桥基和路堤，危及行车安全；线路东西部日温差和年温差均较明显。

胶济铁路电气化改造过程中，面临技术标准高、拆迁多对施工进度有影响、边建设边运输的三大难题。

淄河大桥位于胶济铁路淄河店站与辛店站之间，于清光绪二十五年（1899年）由德国人设计兴建，1902年建成，全长458.4米，是胶济铁路上最大的钢桁梁桥。1975年，为了与新建的胶济铁路下行线淄河特大桥相区别，淄河大桥改称胶济铁路上行线淄河大桥。

下行线淄河特大桥，1975年新建，位于胶济铁路下行线246.602千米处，系18孔预应力混凝土梁桥，扩大沉井基础，全长606.2米，设计最大流量4600立方米/秒。

2018年1月27日，胶济铁路入选中国工业遗产保护名录（第一批）。

作为线性文化遗产，胶济铁路沿线具有百年历史的建筑和各类文化遗存，中国铁路积极推动铁路历史资源的保护、开发和利用，对铁路老建筑进行梳理归档，并申请国家级、省级及市级文物保护单位。

胶济铁路横跨山东半岛，东向连通济南、青岛两大城市和蓝烟铁路、胶黄铁路、胶新铁路，西接京沪铁路与陇海铁路、京九铁路、京广铁路贯通，沿线多条支线接入，是确保山东沿海港口吞吐畅通和众多大中型企业运输需求的主通道。胶济铁路经济辐射区GDP占全省70%左右，客运吸引区客流在6000万人左右，在山东经济和社会生活中占有重要地位。（山东省人民政府·《大众日报》 评）

胶济铁路的百年历史，映射着中华民族百年来的苦难与辉煌。（新华网 评）

胶济铁路是一条具有百年历史，横贯山东济南、淄博、潍坊、青岛的经济大动脉，也是沿线百姓主要的出行通道，对山东经济民生发展有着积极的促进作用。百年胶济历史，就是对山东经济文化发展最好的回眸和追溯。（大众网 评）