花蓮港、玉里間鐵路於1909年(明治42年、清宣統元年)開工,至1917年完工通車。1922年收購台東開發公司所經營的台東鐵路,改名台東南線,營運範圍臺東到里壠,原台東線花蓮港到玉里路段,改名為台東北線。1926年兩線連接全線通車,改名為臺東線。1939年將鐵路由花蓮港延伸到東花蓮港。
1982年,全長約168公里之臺東線,將軌距從762公厘拓寬為1,067公厘,在花蓮連接北迴線而與宜蘭線、縱貫線相通。最早於1967年由當時的花蓮管理處提出初步規畫,不過當時只著重於加強運能,最終亦未呈報上級實施。直到北迴線開始興建,南迴線也開始著手規劃後,完成環島鐵路的計畫才趨於成熟。
1977年12月1日,東線鐵路拓寬工程處成立,開始辦理路線拓寬規劃,並於1978年7月1日開始展開工程,先將原有鐵道兩側加建兩軌條以形成四條軌,使主線列車得以進出。施工期間為了維持鐵道運轉,須配合行車施工,備極艱辛。部份路線不良的地段,則以興建新線代替。而東部河川容易淤積的問題也是一大困擾,才會選擇二處興建河底隧道解決須經常疏濬的問題。
拓寬工程進行的同時北迴鐵路已經完工,當時台北南下的列車可直駛花蓮新站(今花蓮車站)後到達吉安,並在該站轉乘窄軌的台東線火車,直到1982年6月26日全線四條軌鐵道完工通車。但舞鶴-三民間的自強隧道因工程嚴重延誤,列車暫時以原有舊線經掃叭隧道運行,直到1985年初才正式完成。之後原有窄軌列車逐一更換轉向架或報廢,再將四條軌改成現在的形式。
自2000年起,為了提升臺東線的行車效率,部份路段加以改善。而自2009年起展開鐵路電氣化之相關工程,已經於2014年6月底完成,2014年6月28日於臺東站舉行「花東鐵路電氣化通車典禮」,屆時將以電氣化列車來提升行駛速度,臺北至臺東間行車時間可縮為3.5小時左右。總體改善工程2015年全部完工。
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新式站間里程牌
舊式站間里程牌
舊大理石製里程牌
東線鐵路拓寬工程殉職人員紀念碑,拍攝於2012/04/30
台東線沿途風景
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