其修建是为将门头沟的煤炭运抵西直门，供京张铁路蒸汽机车燃料之用。单线行驶，迄今已逾百年。1971年2月1日因通过列车影响到由西郊机场出发的国宾车队，西直门站至五路站区间线路被拆除。2019年底，三家店至木城涧区间基本停运。

2024年1月，京门铁路石景山段沿线环境整治提升工程完工。

“十四五”期间，北京将实施市郊铁路建设行动计划，构建市郊铁路主骨架，整体提升城市副中心线、东北环线、通密线，推进S2线南段通勤化改造，新增京门—门大线、京九线等线路。