1956年，北京市成立地下鐵道籌建組，並派人到前蘇聯考察學習，1958年10月交由鐵道部負責，同年11月國務院同意鐵道部成立北京地下鐵道工程局。1961年3月，鐵道部將直屬第一、第二建築工程處劃歸北京地下鐵道工程局領導。1961年11月，北京地下鐵道工程局被鐵道部撤銷。
1965年在北京地下鐵道一期工程(地鐵1號線)舉行開工典禮前，鐵道部又成立了北京地下鐵道工程局。1970年2月6日，國務院總理周恩來批示：地下鐵道改歸鐵道兵管，並成立一個領導小組。1970年2月27日，周恩來總理批示：對地鐵局進行“工改兵”，組建為鐵道兵15師。根據總理批示，1970年3月，鐵道部撤銷北京地下鐵道工程局，移交鐵道兵統一領導，並組建了鐵道兵地鐵指揮部。
1970年4月15日，中國人民解放軍鐵道兵北京地下鐵道運營管理處成立，由12師領導，設三大組(辦事組、生產組、後勤組)，辦公室地址在複興門外南禮士路真武廟二條。
1971年3月，北京地鐵運營管理處機關遷址於前門反帝路37號辦公，1976年12月，又遷移到五棵鬆複興路77號，1979年4月，遷移到東城區蘇州胡同甲61號。
1975年11月，國務院、中央軍委對地鐵的管理機構進行調整，將鐵道兵地下鐵道運營管理處和鐵道兵北京地鐵大修廠籌建處劃歸北京市交通局管理。1976年2月，鐵道兵負擔北京地下鐵道施工的12師、15師改為基建工程兵，並於月底移交北京市領導。1976年3月，成立北京市地下鐵道運營管理處，隸屬北京市交通局，將原機務營改為古城車輛段。運營生產按已編製的計劃來進行組織指揮和協調落實，以國家指令性計劃組織運營生產。1978年12月15日，成立客運段、電務段。1981年4月20日，成立北京市地下鐵道公司，隸屬北京市公共交通總公司。
1984年5月4日，中共北京市委、市政府決定對地鐵管理機構進行重大調整，將北京市地下鐵道公司從北京市公共交通總公司中劃分出來，升格為局級公司，名稱仍為北京市地下鐵道公司，歸口北京市市政管理委員會。地鐵公司對管理機構作了較大調整，實行經理負責製和以總工程師、總經濟師為首的經濟技術管理工作責任製，運營生產全麵納入了計劃管理，企業內部實行了擴權，單位內部實行單獨核算。1989年7月，北京市地下鐵道公司更名為北京市地下鐵道總公司。1989年11月，北京市地下鐵道總公司機關辦公地址遷至西城區北河沿二號。
為了加速北京地鐵建設工作的領導，1988年5月28日，北京市政府決定成立北京市地鐵建設指揮部，由北京市副市長張百發兼任總指揮。1989年10月9日，成立了北京市地下鐵道建設公司，隸屬地鐵總公司領導，負責北京地鐵建設的各項工作。
2001年7月26日，北京市決定對北京市地下鐵道總公司進行公司製改造，組建了北京地鐵集團有限責任公司(簡稱“地鐵集團公司”)。改製後的北京地鐵集團有限責任公司為國有獨資公司，市政府為地鐵集團公司的出資者，以原市地鐵總公司及其所屬企業所的國有資產，作為對地鐵集團公司的出資。地鐵集團公司以獨立的法人財產，承擔地鐵建設的融資還貸責任，實現北京市地鐵建設的總體目標。地鐵集團公司以投資的形式設立北京地鐵建設管理有限責任公司(簡稱地鐵建設公司)和北京地鐵運營有限責任公司(簡稱地鐵運營公司)。
地鐵建設公司和地鐵運營公司均具有獨立的法人資格。2003年11月，北京市對北京地鐵體製進行了變更，成立了北京市基礎設施投資有限公司、北京市地鐵運營有限公司、北京市軌道交通建設管理有限公司。