該項目於2005年7月4日開工建設，2007年6月5日+2月建成通車，2008年7月投入運營。全程預計30分鐘直接跑。
城鐵從北京南站東端引出，沿京山鐵路向東，經過玉亭橋下，沿護城河向南至左安門，再轉向東南，經亦莊開發區和永樂新城東側的京津二高速出北京，到達天津火車站。
地鐵北京段全長49.3公裏，包括42公裏的架空線路。從北京環路大橋(全長16公裏)連續跨越二環路、三環路、四環路、五環路、黃桐路，途經崇文區、豐臺區、朝陽區、通州區，從涼水河大橋(全長22公裏)跨越涼水河、六環路。北京南站位於北京地鐵4號線站臺上方，與地鐵零換乘。地鐵亦莊站將與規劃中的輕軌線實現換乘。在天津站，地鐵可與規劃中的天津地鐵2號線(在建實驗段)、3號線(在建實驗段)、9號線(津濱輕軌西段)換乘。