中铁十局集团有限公司是通过变更“济南铁路工程（集团）有限责任公司”名称的方式重组设立的，其前身为济南铁路局工程处，成立于1953年1月1日，由济南铁路局原工务施工管理处和济南铁路局各分局工程队整合而成。

2003年12月26日，根据国资委、铁道部《关于将铁道部第二第三勘察设计院等22户企业划转中国铁路工程总公司有关问题的批复》（国资改革函[2003]373号文件）以及中国铁路工程总公司《关于筹备成立中铁十局集团有限公司的通知》（中铁程劳[2003]385号文），在原济南铁路工程（集团）有限责任公司、中铁三局集团第三工程有限公司、中铁四局集团第三工程有限公司基础上成立中铁十局集团有限公司。

2004年2月，将中铁十局集团第三工程有限公司在苏州、昆山、无锡等地的项目经理部分离出来，组建第五工程公司。

2004年6月，实施增资扩股，注册资本变更为38432万元。

2004年9月，将淄博机械化公司、泰安公司从济铁工程总公司分离，分别组建第七、第八工程公司；将济铁工程总公司和徐州工程有限公司进行重组整合，分别成立济南铁路工程有限公司和第四工程公司；同时，建筑公司、电务公司、房地产公司、物资公司分别从济铁工程总公司中分离出来；接收中国海外工程总公司转让的福建海外工程有限公司99.6%的股权；接收中铁宝桥股份有限公司转让的中铁华东工程公司。

2004年11月，将中铁十局集团第三工程有限公司分离重组为中铁十局集团第三工程有限公司、中铁十局集团第三建设有限公司。

2007年9月，中铁十局集团有限公司独家出资设立中铁十局集团淄博鲁铁爆破工程有限公司。

2007年11月，撤消中国铁路工程华东公司，成立中铁十局集团第六工程有限公司。

2007年12月，实施增资扩股，注册资本变更为105094万元。

2008年4月，将中铁十局集团第五工程公司改制成中铁十局集团第五工程有限公司。

2009年5月，将中铁十局集团第二工程有限公司分立重组为中铁十局集团第二工程有限公司、中铁十局集团西北工程有限公司。

2010年7月，海外公司作为中铁十局集团公司的实体性分公司正式独立运行。

2010年12月，将三建公司在广东省范围内的在建工程项目包括人员、资产等整体划归广州分公司，成立中铁十局集团广州分公司。

2011年9月1日，将中铁十局集团天津分公司改制成中铁十局集团天津工程有限公司。

2013年2月，将中铁十局集团有限公司青岛分公司改制成中铁十局集团青岛工程有限公司。

2014年12月，北京分公司重组到天津公司。

2015年1月，中铁十局集团有限公司广州分公司更名为中铁十局集团有限公司城市轨道交通工程分公司。

2015年6月，中铁十局集团有限公司济南勘察设计分公司更名为中铁十局集团有限公司济南勘察设计院。

2016年1月，将上海工程公司整体并入第五工程有限公司。

2016年2月，将中铁十局集团济南铁路工程有限公司更名为中铁十局集团第一工程有限公司。

2016年4月，将第四工程公司和第六工程有限公司整合为第四工程有限公司；将第八工程公司和天津工程有限公司整合为第八工程有限公司。

  2017年2月，将中铁十局集团有限公司城市轨道交通工程分公司改制成中铁十局集团城市轨道交通工程有限公司。

  2017年11月，将中铁十局集团山东鲁铁工业物资有限公司更名为中铁十局集团物资工贸有限公司。

  2017年12月，将中铁十局集团有限公司委内瑞拉分公司更名为中铁十局集团有限公司拉美分公司；将中铁十局集团有限公司海外分公司更名为中铁十局集团有限公司非洲分公司。

  2019年1月，成立中铁十局集团有限公司亚太分公司。

  2019年11月，成立中铁十局集团有限公司运营管理分公司。

  2019年12月，将中铁十局集团云南工程有限公司更名为云南中铁康养产业投资运营有限公司。

  2020年10月，将中铁十局集团西北公司有限公司更名为中铁十局集团第七工程有限公司。

  2020年11月，成立中铁十局集团第六工程有限公司。

  2020年4月，成立山东铁工科技有限公司。

  2021年11月，将“中铁十局集团第六工程有限公司”更名为“中铁十局集团城建工程有限公司”。

  2021年12月，成立中铁十局集团有限公司北京矿业工程分公司。