2004年4月举行的广珠城际快速轨道交通工程可行性研究审查会初步确定了铁路的线路走向、技术标准及设计方案，并被列入2005年珠海市重大项目。

2004年7月14日，在首届泛珠三角区域经贸合作洽谈会上，铁道部和广东省政府签订协议，协议规定铁道部、广东省各出资50%，共同投资成立广东珠三角城际轨道交通有限责任公司，负责包括广珠城轨在内的珠三角城际轨道交通线的建设和未来营运。7月29日，该集团正式注册成立。

2005年3月16日，国务院审议通过《环渤海京津冀地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区城际轨道交通网规划》，至2005年5月召开的广珠城际轨道交通工程初步设计审查会上，再经调整后的广珠城轨设计方案获得初步确定。新方案中广珠城轨在原线路上作了大幅调整，南段线路(江门以南)选择了"南蓢方案"，铁路从中山翠亨进入珠海，沿港湾大道东侧再进入凤凰山隧道，出隧道后转入珠海明珠路、港昌路、昌盛路，终点到达珠海市香洲区拱北街道的珠海站。

2005年12月18日，广珠城际轨道交通正式全线动工。线路建设采用高架的形式，桥梁段占全线的92.25%。

2010年9月20日，负责施工的中铁三局线桥公司已经完成了主线广州南站--珠海金鼎(珠海北)段的铺轨工程;而支线小榄至新会段的铺轨工程于10月3日零时之前也全部完成。 2010年11月23日，开始进入了为期约一个月的联调联试阶段。

广珠城轨将从拱北延伸到珠海机场，一期工程则先延伸至横琴的长隆公园。广珠城轨延长线拱北至长隆公园段城轨全长17.18公里，起点位于拱北，终点为珠海长隆海洋公园，先后将设湾仔北、湾仔、十字门、金融岛、横琴、长隆公园一共6个站点，将按照地下站点的方式来设置，这条城轨全线大部分都将采取地下铁路的形式。

2012年7月25日，珠海市区至珠海机场城际铁路项目(拱北至横琴段)，即珠海站至横琴新区长隆公园站线路开始环评公示，意味着酝酿多年的项目终于进入实施阶段。从拱北到横琴，只有17公里，全程设7个站点。起点为广珠城际铁路珠海站，终点为横琴新区长隆公园站。线路起于广珠城际在建的珠海站，向西跨前山水道，沿南湾南路地下敷设，后下穿马骝洲水道至横琴，至珠海长隆海洋公园。从珠海站至长隆公园站，设7个站点，分别为:珠海站、湾仔北站、湾仔站、十字门站、金融站、横琴站、长隆公园站，其中长隆公园站为地面站，珠海站为高架站，其余为地下站。

二期起于一期横琴长隆站，长度22.150公里，经长隆海洋公园沿横琴山南向北，以隧道方式穿越横琴山，后以隧道方式向北，经过规划中的横琴中心居住区，在井湾设置井湾站，后向西与金海高速公路公铁合建金海大桥，跨磨刀门水道、鹤州南围垦区及泥湾门水道后，沿机场路东南侧在机场路设三灶地面站后以地下敷设方式穿越竖石岭至本线终点珠海机场。

城轨机场延长线设计时速珠海至横琴段为100公里/小时，横琴长隆至珠海机场段为160公里/小时，设井湾、鹤州南、三灶、珠海机场等4个车站。其中井湾、鹤州南为高架站，三灶为地面站，珠海机场为地下站。建设周期54个月，投资估算总额750359.06万元

澳门正在规划建设的澳门轻轨系统，其主线工程已经于2012年2月21日在凼仔率先动工，一期工程预计将于2017年通车，并在莲花口岸站预留了与广珠城轨延长线的连接。该线路全长1828米，在莲花大桥横琴一端设置莲花大桥站，然后从这里延伸至横琴站。澳门轻轨延伸横琴线工程全线建好后，澳门轻轨将可穿越海底通道开至横琴站。根据车站的规划设计，从广州过来的广珠城轨列车乘客，将在这里的站台层下车，然后往上一层来到站厅层，从站厅层过关之后，再下到站台层乘坐澳门轻轨前往澳门，从而实现两个不同轨道系统之间的无缝对接。。