早在1921年，孙中山先生在其《建国方略》中就提出了建造金温铁路的构想。但由于种种历史原因，半个多世纪来，铁路建设工程几上几下，好梦难圆。八十年代我国改革发展以来，温州、丽水人大代表、政协委员代表人民群众多次提议兴建金温铁路，引起了浙江省委、省政府和国务院的高度重视。温州市委、市政府为寻找新的筹资路子做了大量工作，香港温籍著名学者南怀瑾先生应允出资，起了“催生”金温铁路的重要作用。1991年9月，国家计委批准浙江省与香港联盈兴业有限公司合资建设金温铁路的可行性报告，开创了新中国内地与境外合资建设铁路的先例。
1998年4月全线通车前夕，金温公司董事会尊重南怀瑾先生“功成身退，还路于民”的愿望，同意将香港联盈兴业有限公司在金温公司的股权转让给浙江省和铁道部。金温铁路为浙江省（占股份55%）和铁道部（占股份45%）两方合资的铁路。
1988年，时任温州市市长的刘锡荣把金温铁路的融资希望寄于旅居香港的乐清籍国学大师南怀瑾先生。
南怀瑾，1918年出生于浙江乐清一户书香人家，少年接受私塾教育，遍读诸子百家。青年时任教于中央军校，后又专门研究佛学，他曾远走康藏地区，先后得西藏各教派印证，被承认为合格密宗上师。南怀瑾还是一位实业家，他创办了美国南岭国际（亚洲）有限投资公司、（香港）国际文教基金会和联盈兴业有限公司。“国学大师”、“台湾十大最有影响的人物”——这一个个头衔，足见南怀瑾先生是一位颇具传奇色彩的人物。更重要的是南怀瑾虽身居海外，对中国的发展却极为关注，对故乡一往情深。他还和他的学生一道在大陆兴办化工、生化、贸易等合资企业。无疑，南怀瑾应是金温铁路最理想的合作者。
1988年1月，温州市代表团访问华盛顿，当时客居华盛顿的南怀瑾先生约见了来自故乡的使者。代表团投石问路，欢迎先生回家乡投资。南怀瑾移居香港后，温州市有关领导先后率团赴港，多次拜访南怀瑾，恳请他起而倡导修建金温铁路，为家乡人民谋福利。当听说他很希望能与结发妻子通个电话的消息后，1989年春节前夕，在温州市市长刘锡荣的亲自协调安排下，那年大年二十九晚上，南怀瑾与断隔了40多年的结发妻子，在电话里交谈了40分钟。南怀瑾通话后，两眼含泪，激动不已。他对学生说：“我们的政府和人民特意为我架通了一条热线，了却了我40多年来的一个心愿。古人云：‘烽火连三月，家书抵万金’，我是一言抵万金啊。”有关部门还将南怀瑾的结发妻子送到广州与之见面。南怀瑾的老母亲生病时，温州医学院的专家两次去乐清为老人家会诊。刘锡荣去香港与南怀瑾会面时，还特地请发绣大师魏敬先教授，用南怀瑾老母亲的灰白发丝绣了一幅肖像，作为一份特殊的礼物送给南怀瑾。当南怀瑾看到这传神逼真的肖像，顿时老泪纵横，“扑嗵”一声，便跪地叩拜，令在场的人无不动容。这一切，让南怀瑾深深感受到了来自故乡父老的殷切期望，当即表示愿为家乡的公益事业尽心尽力。
1989年3月15日，南怀瑾在香港的寓所完成了《对金温铁路的浅见》一文，阐述了他对金温铁路建设的真知灼见。他说，修建金温铁路，实际上不只是资金问题，还是怎样建立一个可行性的办法问题。他在同温州市领导交谈中说：“要修建金温铁路，最重要的是海外资金与地方政府合作设立一家铁路公司，拥有独立经营的自主权，打破原有铁路必须由政府或国营企业经营的陈规。”南怀瑾的意见得到了浙江省政府领导的赞赏。1989年至1990年底，在双方共同对金温铁路沿线的自然经济进行考察、认定的基础上，签订了合资建设金温铁路的意向书、协议书和审议纪要等有关文件。
1991年1月，南怀瑾任董事长的香港联盈兴业有限公司与浙江省政府共同签署了项目可行性研究报告，并得到了国家计委的批准，确认“该项目是可行的，社会效益也是比较好的”。最初的意向终于变成了可行的方案，1992年1月26日，时任浙江省副省长柴松岳率团赴港，双方签订了合资成立浙江省金温铁道开发有限公司的合同。确立由香港联盈兴业有限公司与浙江省地方铁路公司合资兴建金温铁路。11月12日，金温铁道开发有限公司在温州注册登记。金温铁路总投资1.72亿美元（折合人民币9.46亿元），其中注册资本5733万美元，浙江省地方铁路公司出资1147万美元，占20%，香港联盈兴业股份有限公司出资4586万美元，占80%。其余资金由金温铁道开发有限公司向境外贷款。11月18日，浙江省金温铁道有限公司正式挂牌成立，南怀瑾担任公司董事长兼总经理。在公司开业典礼上，浙江省政府领导高度评价南怀瑾对促成金温铁路开工的贡献，称他为“金温铁路的催生者”。
1992年12月18日，金温铁路开工仪式在浙江缙云仙都隧道工地隆重举行。9时40分，“轰隆隆……”，金温铁路建设的第一声炮声响起，全场6万多名群众的欢呼声、掌声和炮声，直冲云霄，浙西南人民苦苦期盼的金温铁路终于破土动工了。
金温铁路开工之后，数万名建设者和沿线广大群众义无反顾，勇于拼搏，无私奉献。铁路动工后没多久，正赶 上过春节。许多工人为了抢进度，放弃了同家人团聚的机会，仍然奋战在工地上。沿线群众舍小家为“大家”主动拆除住房，让出良田，毫无怨言。多少建设者如同战争年代的战士一样，一不怕苦，二不怕死，为金温铁路奉献了青春，贡献了智慧，甚至献出了宝贵的生命。
金温铁路始自金华新东孝起，经武义、永康、缙云、丽水、青田等市县，终至温州龙湾。沿线地形复杂，多为崇山峻岭，桥隧相连。沿途经过135座桥梁、930座涵洞和96个隧道。全程251公里，有37公里为山洞隧道，15公里为桥梁，平均每两公里有一座桥梁，每4公里有一座隧道，这条铁路的建设难度，不亚于成昆铁路。1994年5月，铁道部决定参股建设金温铁路，不但解决了加大建设投资的问题，而且有利于这条路纳入全国铁路网，发挥最大效益。经过广大建设者的艰苦拼搏，1997年7月，金温铁路提前5个月全线铺通，一条钢铁巨龙横贯在浙西南的大地上。金温铁路成为中国第一条由地方、铁道部和香港三方合资兴建的铁路。
金温铁路的兴建还起到了抛砖引玉的作用。南怀瑾个人出资与浙江省政府共同兴建金温铁路的消息传开，立时引起海内外舆论的广泛关注，纷纷认为金温铁路的动建，标志着“中国的对外开放水平达到了一个新的高度”。
1998年6月11日清晨7时，随着一声长长的汽笛声，首列金温铁路列车“海鹤号”缓缓驶出温州站，向杭州进发，这标志着我国第一条合资铁路、第一条由铁道部、地方政府和香港三方合资兴建的铁路——金温铁路全线正式开通运行。浙南人民听到了企盼已久的火车汽笛长鸣声，百年“铁龙”梦终变现实。
金温铁路的建成和开通，填补了铁路浙赣线以东至沿海10万平方公里的铁路网空白，打开了华东地区内地到沿海的通道。金温铁路途经的地区占浙江省57%的土地面积和49%的人口，使浙江的投资环境得到进一步的改善，极大提高了沿线森林、农副产品、矿产品、旅游资源等的开发和利用，对于推动浙西南地区的经济发展具有重要意义。 2007年受台风“罗莎”的影响，10月8日上午11时53分，由浙江温州开往安徽亳州的N402次旅客列车，行驶到金丽温铁路K196+950M处（浙江省温州市与丽水市交界处）时，突然遇到山体边坡土石坍塌与火车发生碰撞，致使1台机车和机后一节行李车侧翻脱轨。事故发生后，铁路方面对现场进行了封锁。 机后16节车厢593名乘客安然无恙，有关方面也立即组织抢险，受困旅客也得到有效安置。事故发生后，金温铁路公司及时启动抢险预案，组织沿线各作业区三百余名职工冒雨投入抢险工作。经过7小时30分钟的奋力抢险，随着一声响亮的汽笛声，5055次南京西至温州旅客列车缓缓地通过了金温铁路K196+950处，金温铁路全线恢复通车。
2008年3月28日起，由浙江省铁路投资集团公司控股的金温铁路石帆站至温溪站、江南村站至温州客站之间70公里的换轨大修工程进入全面施工，计划于5月底前完成。届时，金温铁路240公里的P43钢轨将全部换成轨道结构稳定的P60钢轨。金温铁路大换轨前后历时6年、投入近3个亿。金温铁路是浙江省内陆通往沿海的交通大动脉，相较于浙江境内其他铁路，金温铁路具有“三多一低”的特点，即：曲线多、危险边坡多、桥、隧、涵多、建设标准低，建设时全线采用了目前运输线最低型号的43kg/m钢轨。与此同时，金温铁路却承担着繁重的运输任务，加快了钢轨的疲劳伤损，产生了较大的安全隐患。
