渝怀铁路的最初构想源于孙中山《建国方略》中的粤-湘-渝铁路。它是国家西部大开发的一项标志性工程，也是完善西南铁路网络的一项重大举措，是一条打通西南腹地往东出海的大通道。

渝怀铁路于2000年12月16日在重庆、湖南两地同时动工修建，总投资198.4亿元，是一条Ⅰ级单线、预留复线条件、一次建成电气化的铁路。

渝怀铁路有“三最”，即：“新技术最多、技术难题最多、地质条件最复杂”，全线集中了瓦斯、滑坡、煤层、天然气、断层、岩溶、分水岭等地质现象，堪称世界地质博物馆。

渝怀铁路西起重庆市，途径渝黔湘三省市的长寿、涪陵、武隆、彭水、黔江、酉阳、秀山、松桃、铜仁、麻阳，止于湖南怀化，全长624.523公里。

其中重庆市境内461.6公里，该铁路也是重庆首条不经试运行、一步到位开通客货运输的铁路。