2004年4月舉行的廣珠城際快速軌道交通工程可行性研究審查會初步確定了鐵路的線路走向、技術標準及設計方案，并被列入2005年珠海市重大項目。

2004年7月14日，在首屆泛珠三角區域經貿合作洽談會上，鐵道部和廣東省政府簽訂協議，協議規定鐵道部、廣東省各出資50%，共同投資成立廣東珠三角城際軌道交通有限責任公司，負責包括廣珠城軌在內的珠三角城際軌道交通線的建設和未來營運。7月29日，該集團正式注冊成立。

2005年3月16日，國務院審議通過《環渤海京津冀地區、長江三角洲地區、珠江三角洲地區城際軌道交通網規劃》，至2005年5月召開的廣珠城際軌道交通工程初步設計審查會上，再經調整后的廣珠城軌設計方案獲得初步確定。新方案中廣珠城軌在原線路上作了大幅調整，南段線路(江門以南)選擇了"南蓢方案"，鐵路從中山翠亨進入珠海，沿港灣大道東側再進入鳳凰山隧道，出隧道后轉入珠海明珠路、港昌路、昌盛路，終點到達珠海市香洲區拱北街道的珠海站。

2005年12月18日，廣珠城際軌道交通正式全線動工。線路建設采用高架的形式，橋梁段占全線的92.25%。

2010年9月20日，負責施工的中鐵三局線橋公司已經完成了主線廣州南站--珠海金鼎(珠海北)段的鋪軌工程;而支線小欖至新會段的鋪軌工程于10月3日零時之前也全部完成。 2010年11月23日，開始進入了為期約一個月的聯調聯試階段。

廣珠城軌將從拱北延伸到珠海機場，一期工程則先延伸至橫琴的長隆公園。廣珠城軌延長線拱北至長隆公園段城軌全長17.18公里，起點位于拱北，終點為珠海長隆海洋公園，先后將設灣仔北、灣仔、十字門、金融島、橫琴、長隆公園一共6個站點，將按照地下站點的方式來設置，這條城軌全線大部分都將采取地下鐵路的形式。

2012年7月25日，珠海市區至珠海機場城際鐵路項目(拱北至橫琴段)，即珠海站至橫琴新區長隆公園站線路開始環評公示，意味著醞釀多年的項目終于進入實施階段。從拱北到橫琴，只有17公里，全程設7個站點。起點為廣珠城際鐵路珠海站，終點為橫琴新區長隆公園站。線路起于廣珠城際在建的珠海站，向西跨前山水道，沿南灣南路地下敷設，后下穿馬騮洲水道至橫琴，至珠海長隆海洋公園。從珠海站至長隆公園站，設7個站點，分別為:珠海站、灣仔北站、灣仔站、十字門站、金融站、橫琴站、長隆公園站，其中長隆公園站為地面站，珠海站為高架站，其余為地下站。

二期起于一期橫琴長隆站，長度22.150公里，經長隆海洋公園沿橫琴山南向北，以隧道方式穿越橫琴山，后以隧道方式向北，經過規劃中的橫琴中心居住區，在井灣設置井灣站，后向西與金海高速公路公鐵合建金海大橋，跨磨刀門水道、鶴州南圍墾區及泥灣門水道后，沿機場路東南側在機場路設三灶地面站后以地下敷設方式穿越豎石嶺至本線終點珠海機場。

城軌機場延長線設計時速珠海至橫琴段為100公里/小時，橫琴長隆至珠海機場段為160公里/小時，設井灣、鶴州南、三灶、珠海機場等4個車站。其中井灣、鶴州南為高架站，三灶為地面站，珠海機場為地下站。建設周期54個月，投資估算總額750359.06萬元

澳門正在規劃建設的澳門輕軌系統，其主線工程已經于2012年2月21日在凼仔率先動工，一期工程預計將于2017年通車，并在蓮花口岸站預留了與廣珠城軌延長線的連接。該線路全長1828米，在蓮花大橋橫琴一端設置蓮花大橋站，然后從這里延伸至橫琴站。澳門輕軌延伸橫琴線工程全線建好后，澳門輕軌將可穿越海底通道開至橫琴站。根據車站的規劃設計，從廣州過來的廣珠城軌列車乘客，將在這里的站臺層下車，然后往上一層來到站廳層，從站廳層過關之后，再下到站臺層乘坐澳門輕軌前往澳門，從而實現兩個不同軌道系統之間的無縫對接。。