中铁二院因西南铁路建设、重庆铁路建设而诞生。1949年12月31日，中共中央西南局决定兴建成渝铁路。1950年，中共中央、政务院批准了西南军政委员会关于修建成渝铁路的报告。为了把成渝铁路建设好，1952年9月18日，铁道部决定在原西南铁路工程局设计处的基础上，组建铁路设计总局西南设计分局，成为中铁二院的前身。从此，中铁二院踏上了近70年的辉煌历程。
1950年3月21日，西南军政委员会决定成立西南军政委员会交通部西南铁路工程局，全面负责修建成渝铁路。西南铁路工程局筹备处设在重庆两路口嘉陵新村18号，这里原来是美军司令部的军人俱乐部。筹备处的负责人是中国人民解放军第二野战军的老干部程俊。
西南铁路工程局由两个方面的机构和人员组成，一是工程队伍，二是勘测设计队伍。工程队伍主要由野战军部队组成。勘测设计队伍则是由邓小平亲自从各个地方招揽来的人才组成，并专门在西南铁路工程局下设立设计科。这个设计科正是中铁二院最早的组织雏形。
1952年1月，在西南铁路工程局设计科的基础上，组建成立了西南铁路工程局设计处，史晓昭、翟鹤程分别任正、副处长。设计处机关编制60人，陆续设立处长室、线路科、桥梁隧道科、建筑科、站场通信信号科、预算科、施工组织科、财务科、人事科、总务科10个科室。
1952年5月，原部属天成线南段勘测设计总队、川黔线勘测设计总队划归铁道部西南铁路工程局设计处领导，分别更名为西南铁路工程局设计处第一、第二勘测设计总队。至此，当时西南地区的铁路勘测设计力量完成了整合与统一。
1952年9月18日，铁道部决定将西南铁路工程局一分为二。工程方面成立铁道部新建铁路基建总局第二工程局（现在的中铁二局），勘测设计方面成立铁道部新建铁路设计总局西南设计分局（中铁二院的前身）。
1952年11月6日，西南设计分局举行了隆重的挂牌仪式，标志西南设计分局正式成立。
1952年12月，由于西南设计分局成立后职工人数剧增，机构扩大，分局机关由重庆市两路口迁至重庆市上清寺互助里43号（原国民政府交通部办公地址）。
1954年2月20日，西南设计分局机关由重庆迁往成都市通锦路3号办公。随着铁路建设的变化，西南设计分局机关曾先后迁至江西省、福建省、贵州省等，1967年1月6日，迁回成都通锦路原址，至今再无变化。
西南设计分局第一任分局长布克，是周恩来总理亲自签发文件任命的。布克1915年10月生于山东省临朐，1937年参加党的少年先锋队，1938年加入中国共产党，同年参加八路军，曾任八路军营长、团政委、第二野战军军政治部组织部长；新中国成立前夕，作为正式代表出席第一届全国政协会议；新中国成立后任贵州军区组织部长，后来任西南设计分局长（中铁二院第一任院长）、铁道部设计总局局长、铁道部副部长。2007年1月29日在北京去世，享年92岁。(www.xing528.com)
1956年1月1日，铁道部以铁劳组（55）字第151号令、铁道部设人（55）字第3733号文决定，西南设计分局更名为铁道部第二设计院（简称“铁二院”）。至此，中铁二院正式诞生。
中铁二院正式诞生之后，其名称随着时代的变迁几经更改。1970年9月3日，铁道部、交通部和邮电部（邮政部分）合并组成交通部后，铁二院更名为交通部第二铁路设计院。
1975年1月26日，铁道部恢复之后，铁二院恢复为铁道部第二设计院。
1984年7月19日，根据中共中央关于抓好经济体制改革和设计单位逐步向企业化、社会化方向发展的精神，铁道部决定将各勘测设计院改为公司。铁二院更名为铁道部第二勘测设计公司，对外称“中国华阳工程咨询公司”。
1985年8月13日，铁二院恢复为铁道部第二勘测设计院。
2001年9月1日，根据铁道部《关于铁路勘测设计单位更名的通知》（劳卫编〔2001〕8号文），铁道部第二勘测设计院更名为铁道第二勘察设计院。同时，铁二院完成新的企业法人注册登记。至此，铁二院正式由事业单位变更为企业。
2003年9月27日，根据国资委《关于将铁道部部属勘察设计院等企业分别划入中国铁路工程总公司、中国铁道建筑总公司有关问题的通知》（国资改革〔2003〕89号文），铁二院脱离铁道部划归中国铁路工程总公司，隶属国务院国资委。
2006年7月19日，根据中国铁路工程总公司中铁企〔2006〕196号文，铁二院更名为“中铁二院工程集团有限公司”（简称“中铁二院”）。2007年2月8日，举行改制挂牌庆典大会。此后至今未再更名。
中铁二院的历史，就是一部伴随着共和国成长的历史。
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