武汉铁路局管内铁路起源于1893年5月张之洞在湖北省修建的大冶铁路，已有120年历史。新中国成立前，汉口和武昌曾先后8次设立铁路局（或相当局）。武汉地区铁路长江以北为汉口铁路分局，管辖至河南许昌铁路，隶属郑州铁路管理局，管辖河南省绝大部分城市铁路；长江以南为武昌铁路分局，管辖至湖南省长沙北铁路，隶属衡阳铁路管理局。1953年1月，武昌铁路分局并入汉口铁路分局，同时更名为汉口铁路运输分局。隶属郑州铁路管理局。
1958年10月1日，武汉第一次设局，称武汉铁路管理局。
1961年8月，长沙铁路管理局并入武汉铁路管理局。武汉局下辖汉口、信阳和长沙3个办事处。
1963年4月1日，武汉铁路管理局撤销，同时成立武汉铁路分局，管辖湖北省境内铁路，隶属郑州铁路管理局。
1966年6月1日，襄樊铁路分局成立，隶属郑州铁路局。
1971年7月1日，武汉第二次设局，称武汉铁路局。主要管辖湖北省境内铁路，下设武汉、襄樊2个铁路分局。1983年3月1日，武汉铁路局再次撤销，武汉、襄樊2个铁路分局隶属郑州铁路局。1987年3月，京广线孟庙以南至东篁店段和孟宝支线由郑州铁路分局划武汉铁路分局管辖。
2005年3月18日，铁道部决定撤销武汉、襄樊铁路分局，重新成立武汉铁路局，实行路局直管站段体制。
直属站8个：
一，武昌站（Wuchang Railway Station），位于中国湖北省武汉市，隶属于中国铁路武汉局集团有限公司，为武汉三大特等站之一，是武汉铁路枢纽规划中“四主两辅”客站布局的“四主”之一。
二，汉口站、汉口站（Hankou Railway Station），位于中国湖北省武汉市，是中国铁路武汉局集团有限公司管辖，是中国最大的欧式火车站，为武汉三大特等站之一，是武汉铁路枢纽规划中“四主两辅”客站布局的“四主”之一。
三，武汉站、武汉站（Wuhan Railway Station），位于中国湖北省武汉市，由中国铁路武汉局集团有限公司管辖，与武昌站、汉口站等车站及线路共同构成“米”字型的武汉铁路枢纽。武汉站是中国第一个上部大型建筑与下部桥梁共同作用的新型结构火车站，实现了高速铁路、地铁、公路三者的无缝衔接。
四，襄阳站、襄阳站（Xiangyang Railway Station）位于中国湖北省襄阳市，是中国铁路武汉局集团有限公司管辖一等站，是汉丹铁路、焦柳铁路、襄渝铁路三条铁路干线的交汇站。
五，襄阳北站、襄阳北站，原名桐树店站、襄樊北站。始建于1970年。位于鄂西北的湖北省域副中心城市襄阳，是中国铁路武汉局集团有限公司管辖的路网性双向三级七场特大编组站（特等站），中国五大特大型铁路编组站之一，2018年襄阳北站货运量仅次于新丰镇和丰台西，货运量跃居全国第三位。
六，平顶山东站、平顶山东站，原名申楼站，站址在河南省平顶山市卫东区车站南路，邮政编码467019，建于1957年。离漯河站68公里，离孟庙站61公里，离平顶山西站39公里，隶属中国铁路武汉局集团有限公司管辖。现为一等站。客运：不办理旅客乘降；货运：办理整车货物发到。
七，漯河站、漯河站（Luohe Railway Station），位于河南省漯河市，京广铁路、漯阜铁路和漯舞铁路的交汇处，是中国铁路武汉局集团有限公司直属的一等站。
八，信阳站。
信阳站（Xinyang Railway Station）位于中国河南省信阳市，是中国铁路武汉局集团有限公司管辖的客货一等站，是京广铁路和宁西铁路的重要交会站。
车务段6个：一，武昌东车务段、武昌东车务段的前身是鄂州车务段，段机关位于武汉青山区武钢附近，管辖武九线（湖北段）及其附线、京广线武昌以南（湖北段）及武广客专的以下近50个车站。
二，十堰车务段、十堰车务段位于湖北省十堰市茅箭区车站路11号，由原襄樊车务段、六里坪车务段合并而来。担负着路局管内襄渝线和汉丹线西端客货运输组织工作，其辖区覆盖十堰市、襄阳市。
三，宜昌车务段、原荆门车务段与宜昌火车站正式合并组建了新的宜昌车务段。这是武汉铁路局从全路改革的宏观角度出发，立足于今后路网布局的实际，对鄂西及鄂西南地区铁路生产力布局所作的一次调整。
四，汉西车务段、汉西车务段隶属于中国铁路武汉局集团有限公司，管辖京广线、汉丹线、安卫铁路以及长荆铁路、京广高速铁路，武孝城际铁路所经过汉西地区、鄂中、孝感地区及广水内的车站。
五，驻马店车务段，中国铁路武汉局集团有限公司驻马店车务段是2017-07-26在河南省驻马店市注册成立的有限责任公司分公司中国铁路武汉局集团有限公司驻马店车务段的经营范围是：国内国际旅客、货物运输；运输装卸、仓储；铁路运输代理服务；建设项目发包、组织、协调与管理；铁路器材、设备、配件采购；旅游、广告服务；铁路食堂服务；职工生活物资采购；承办陆运进出口业务的国际货物运输代理业务；国家允许开办的其他经营业务。
六，麻城车务段。麻城车务段地处湖北省麻城市麻城经济桥开发区车站路38号，位于京九、横麻联络线两铁路会合点，是京九线上最大的车务段。麻城车务段成立于1996年京九线通车时，原隶属于南昌铁路局，2005年5月划入武汉铁路局，现为武汉铁路局管辖路线最长的车务段。
中国铁路武汉局集团有限公司，是中国铁路总公司管理的大型铁路运输企业的18个铁路局之一，简称“武局”。成立于2005年5月18日，是全路实行局直管站段体制改革时新成立的铁路局，地处全国铁路网中部和地理位置中心，管辖湖北省全境、河南省南部以及安徽省部分地区铁路，是全国铁路的重要枢纽和我国中部地区、长江城市集群综合交通体系的重要组成部分。