1984年12月，铁二院完成南昆铁路南宁至红果段初步设计。

1987年11月，板桃至威舍180千米沿江方案和顶效方案的比选工作完成，并提出顶效方案的补充报告和全线初步设计复查工作报告。

1988年5月，铁道部在南宁组织对南昆铁路初步设计鉴定工作，并于7月批复《关于南昆铁路初步设计》，同意南昆铁路的线路走向由南宁沙井起，经广西平果、百色，贵州顶效、威舍，云南罗平、师宗、宜良，至昆明东，建筑长度874千米；另自威舍出岔，修建红果联络线，建筑长度64.9千米；为了配合平果铝厂建设，先修南宁至平果（那厘）段107.4千米，线路从新屋村起向西在杨美镇马村处跨越左江，溯右江南岸，经坛洛、隆安至平果。南昆铁路设计年运输能力2000万吨。

1989年2月，南昆铁路完成技术设计。同年4月，南昆铁路经铁道部批准。

1990年3月，铁道部在成都对南昆铁路再次进行鉴定，确定全线限制坡度并确定远期更换大型机车，预留增设分界点位置和延长站线股道有效长度。这次会议，铁道部原则批准南宁至那厘段概算为30806万元。5月，国务院正式批准建设南昆铁路。12月24日，南昆铁路东段正式开工。

1991年12月19日，南昆铁路西段开工。

1992年4月，南昆铁路那厘至八渡段动工。

1993年4月18日，南昆铁路贵州段开工。

1995年5月25日，南昆铁路东段铺轨到百色。8月1日，南昆铁路起那厘—百色段开通工程运输，与全国铁路运营线办理整车货物直通业务。

1997年3月18日，南昆铁路全线铺通。11月30日，南昆铁路开通临管运营。

1998年12月25日，南昆铁路通过国家验收。

2002年，17个预留缓开站建成投入使用。

2022年11月11日，南昆铁路支线红果站计算机联锁改造工程顺利开通。

2023年3月8日，南昆铁路大修施工全面展开。6月12日，南昆铁路集中修施工圆满完成，累计完成换枕21.8万根、换轨200公里、钢轨打磨110公里，整治桥梁、隧道病害25处。

2014年12月23日，南宁至百色段增建二线工程开工建设。增建二线位于广西壮族自治区境内，途经南宁市、隆安县、平果市、田东县、田阳区、百色市，全长276千米。

2016年10月10日，南宁至百色段增建二线工程两个控制性工程——百合隧道、右江左线特大桥竣工，标志着南昆铁路南百段增建二线工程隧道全部贯通。

2017年12月6日，南宁至百色段增建二线工程全线通车。同月27日，南宁至百色段增建二线工程开通运营。

2023年6月12日，南（宁）昆（明）铁路石林站最后一处换枕施工顺利结束，标志着历时90多天的南昆铁路集中修施工圆满完成。

2024年1月，南昆线信号联锁大修及配套工程（包含潞城乡站、岩龙站、板桃站）顺利开通，至此南昆线三站信号联锁大修工程圆满收官。5月31日，南昆铁路开展桥梁换枕作业。7月17日9时30分，白水河站计算机联锁设备上电试验成功，标志着历时15个月的南昆铁路国铁南宁局管内信号联锁设备大修工程完成，西部陆海新通道西线运输保障能力进一步提升。9月，南昆铁路启动为期90天集中整修施工，据悉，此次南昆铁路云南段集中整修施工持续至11月底。

南昆铁路线路自湘桂铁路江西村站引出，沿右江河谷西上，途经南宁市隆安县、百色市平果市、田东县、田阳区、右江区、田林县，至八渡进入贵州省，再经黔西南州的册亨县、安龙县、兴义市至威舍镇，然后分为两路：一路向西进入云南省，经曲靖市富源县、罗平县、师宗县、陆良县、昆明市石林彝族自治县、宜良县、呈贡区到达昆明市；一路向北进入贵州省六盘水市盘州市，接盘西铁路红果站。

南昆铁路南宁至百色段增建二线位于广西壮族自治区境内，途经南宁市、隆安县、平果县、田东县、田阳区、百色市，全长209千米。

货运牵引机车主要有：韶山7型电力机车、韶山3型电力机车、和谐1C型电力机车。客运列车主要有：韶山7C型电力机车、韶山3型电力机车、和谐3C型电力机车，截至1990年，南宁—威舍区间预留韶山4型电力机车。

1998年，南昆铁路图定客车3对、货车13对。

2002年，全线平图能力由16对升至43.5对。

截至2007年，开行客货图定列车已达到42对，上行牵引吨位达到4500吨，下行牵引吨位达到3900吨。

2012年，图定客车8对、货车33对。

截至2017年5月，南宁至百色段开行图定货车35对。

1998年，沿线发送货物197.6万吨、接运货物993.6万吨，能力利用率超过90%，成为中国全国铁路临管运营期能力利用率最高的新线。

1999年、2005年，南宁局两次共投入3.5亿元进行电网负荷扩容和牵引供电系统改造，使列车牵引能力由2050吨提升至5000吨。

2016年，云南段发送旅客299万人，是1998年发送旅客数的4倍；每千米货物周转量是93.2亿吨，比1998年增长3倍。

截至2017年5月，每年最大输送能力（单向）3500万吨；年最大输送能力（单向）3300万吨。南昆铁路的运输能力达到开通时的3.3倍。

南昆铁路经过的地区，地势上有多次大的起伏，地质条件极为复杂。在这种条件下修铁路，必须依靠科学技术。南昆铁路是中国国内科技含量最高的铁路之一。

南昆铁路是中国国家“八五”重点建设项目之一。其主要特点是：地形起伏大，线路从海拔只有80米北部湾海滨爬上云贵高原，相对高差达2010米。有些区段线路蜿蜒于群山峡谷之中，地势陡峻，人烟稀少，交通闭塞；地质极为复杂，有膨胀岩（土）、软土、岩溶、瓦斯、断层、滑坡等，可溶岩达375千米，膨胀土岩（土）地段146千米，七度以上地震区线路长220千米，其中有85千米位于八度、九度地震地区；此外还有泥石流、滑坡、崩坍、危岩落石、岩堆错落、软土、隧道水害、煤系地层含瓦斯等等，线路地质病害区合计741千米；桥隧高度集中，有的区段桥隧总延长占线路长度的70%以上，9.38千米的米花岭隧道是全路最长的单线隧道，184米高的清水河大桥是全路跨谷最深的桥梁。组织推广20多项新技术，开展了36项科研攻关项目。这条铁路是中国少见的地形地质极其复杂的山区铁路，工程十分艰巨。

清水河大桥是当时世界最高的铁路桥，桥墩是中国国内第一座百米高墩，主跨128米，在中国全国干线铁路中跨度最大。黔柱交界处的八渡南盘江大桥被誉为“神州第一桥”，它在国内铁路桥梁中首先采用了V型支撑新技术。

隧道位于威（舍）红（果）段的鲁番站与上西铺站之间。隧道全长4975米。一座集高瓦斯、高应力、大涌水于一身的 “天下第一险洞”。家竹箐隧道是通往广州、昆明等多个城市的重要通道，也是中国铁路瓦斯含量最高的隧道。隧道穿过煤层长度达1157米，主要煤层共14层，各煤层瓦斯压力测算值大多超过安全压力值0.6兆帕，最高达1.34兆帕。隧道1993年开工，1996年5月11日铺轨通过。

隧道位于广西壮族自治区田林县板桃乡境内，全长9392米。隧道穿越右江与南盘江两水系的分水岭——九巍峨山脉，区域内山脉绵延，峰峦起伏，山坡陡峻，沟谷深切，成为中国最长的单线铁路隧道。该隧道穿过由泥岩和砂岩组成的地层，有4条大断层、16条小断层，10个富水部位。隧道于1992年11月1日开工，1996年9月6日竣工。

平果右江左线铁路特大桥全长1686.542米，为单线桥梁，桥梁跨越右江，2个主桥墩建在水中。

世界V型支撑最高桥，获“国家优质工程银奖”。

2022年，广西将加快推进南昆铁路百色至威舍段增建二线。

南昆铁路把资源丰富但无出海口的西南内陆，同有绵长海岸、便捷通道的华南地区联成一体，使资源优势同区位优势结合起来；东段靠近广西的铝矿、煤矿，以及石油开发区；中段靠近贵州西南部煤矿及喀斯特地貌风景区。这条铁路的选线，对带动、繁荣沿线地区的经济，以及促进西南地区经济发展有重要意义。（《地理必修2》评）

南昆铁路的建成，改善了路网布局，不仅是西南与华南沿海间最便捷的通道，而且将地域辽阔、发展潜力巨大但无出海口的西南内陆，与有绵长海岸、交通发达的华南地区连接起来，形成“背靠大西南，面向东南亚”的格局，为大西南的资源开发和从根本上改变贫困落后面貌起到促进作用。（中国铁建股份有限公司 评）

南昆铁路建成，南经南防铁路等可从北海、钦州、防城港入海，东经湘贵、黎湛、广茂铁路可达广州或湛江港，西经成昆铁路和广大铁路可到达大理市和四川成都,北经贵昆铁路及在建的内昆铁路可达贵州及四川腹地成都和重庆市。在路网上构成中国南方东西向铁路干线，部分区段又兼有南北向干线作用，是沟通西南与华南沿海的主要通道，是昆明、云南出海的捷径。（《新编昆明风物志》 评）

南昆铁路开通运营后，让深藏在祖国西南山区的优势资源迅速转化为生产力，沿线地区依托铁路便捷的交通运输优势，纷纷兴业办厂，有力拉动了地方经济发展；激活了百色革命老区发展动能，带动了旅游业快速发展。（人民铁道网 评）