京原铁路采用兴建新线与合并旧线的方式修筑，分期分段建设运营;西段(原平至枣林段)于1958年10月提前修建，由抗日战争时期修筑的原平铁路改建而成，于1960年10月铺轨完成并交付临时运营;东段(北京至枣林段)于1965年11月开工建设，于1971年10月30日铺轨完成;全线于1972年7月通过初步验收，与1972年12月31日正式交付北京铁路局接管使用。

截至2003年，京原铁路全长419千米，设计速度100千米/小时，最高运营速度80千米/小时。