2016年底，中车青岛四方机车车辆股份有限公司开始对北京地铁机场线液压制动系统进行自主化研发工作。

2017年9月20日，北京地铁机场线开通刷手机二维码进站。11月14日，北京地铁机场线车辆段改扩建工程获批。

2018年6月，北京地铁机场线搭载自主化液压制动系统的列车开始载客运营。7月10日，北京地铁机场线东直门站、三元桥站开通自助值机功能。9月7日，北京地铁机场线西延线北新桥站开始主体施工。

2019年9月，根据北京市交通委相关工作要求，北京地铁机场线不再简称为“机场线”，改为规范使用立项批复的“首都机场线”名称；北京京城地铁有限公司开展北京地铁机场线的标志标识更新工作。9月24日，北京地铁机场线更名为北京地铁首都机场线。

2020年5月，北京地铁首都机场线使用基于EUHT（超高速无线通信）系统的地铁通信传输平台，列车地图更换为液晶显示屏。5月24日，北京地铁首都机场线全线车站启用新导向标识。10月，北京地铁首都机场线对地铁工作人员服装及携带的仪器设备进行更新，对东直门站站内墙面装饰进行重新规划设计，对全线车站新增母婴设施及进行卫生间升级改造。

2021年3月8日，北京地铁首都机场线西延线左线初支导洞贯通。5月10日，北京地铁首都机场线西延线全线开挖贯通，进入结构施工阶段。6月4日，北京地铁首都机场线西延线左线贯通。6月15日，北京地铁首都机场线全线车站配备提供语音购票功能的一体机，乘车时只需乘客说出目的地，机器就能自动识别并显示目的地及票价。6月23日，北京地铁首都机场线西延线右线贯通，标志着北京地铁首都机场线西延线双线主体完工。12月31日，北京地铁首都机场线西延（东直门站至北新桥站）开通试运营。

2022年3月20日，中国首个地铁北斗定位系统在北京地铁首都机场线开工建设。

2024年1月，2024年北京市重点工程建设计划发布，年内新建首都机场线增设望京南站工程。

北京地铁首都机场线起于北新桥，沿东直门内大街向东到达东直门后向东北方向延伸，在跨越温榆河后沿李天路向东，线路分成“Y”字形，分别通往北京首都国际机场T2航站楼及T3航站楼。

北京地铁首都机场线首末班车时刻表

截至2010年2月，北京地铁首都机场线（时称北京地铁机场线）单日最高客运量为2.145万人次。

北京地铁首都机场线是北京首次采用直线电机车辆制式，这种牵引方式具有爬坡能力强、转弯半径小、线路适应性强的特点，能减少对周边环境的影响，充分体现了科技、人文、绿色等主题。北京地铁首都机场线列车采用4节编组L型地铁列车，定员218人，最高速度可达110千米/小时。

中车四方车辆有限公司“北京地铁首都机场线自主化液压制动系统”在保证与原车其他系统功能一致、性能一致、接口一致的基本前提下，中车四方所对自主化液压制动系统进行了更多项优化设计，从而大大降低了制动系统维护所需的时间成本和人员成本：电液控制模块采用了模块化设计方案，降低了复杂配合面造成的加工和拆装难度；液压制动夹钳改善了防尘效果，降低了维护难度；更改了液压制动夹钳的密封结构，提高了耐磨性，延长了部件寿命等。

北京地铁自主研发的新闸机，添加了人脸识别屏幕和掌静脉扫描区。掌静脉扫描可以提高辨识度，为“人脸刷卡”提高精准度，避免误刷。同时，这款门式闸机兼具了简单的安检功能，没有携带包裹的乘客可以直接刷卡进站。这款闸机的“视力”水平也提高了，顶置双目传感器可以更好地识别行李箱和乘客，避免“误伤”。它还可以更精准地通过图像计算出乘客身高，还不到购票身高的小乘客乘车过闸机不用再担心被“误伤”。2019年7月25日，人脸识别闸机已经在北京地铁首都机场线2号航站楼站等站进行内测。

2018年7月10日，北京地铁首都机场线东直门站、三元桥站开通自助值机功能。

截至2020年11月，北京地铁首都机场线改造后的卫生间门口安装屏幕，乘客通过屏幕就可以了解到厕所的温度、湿度及厕所内厕位的占用情况等信息；增加了女卫生间如厕位；重新规划了残疾人卫生间室内布局，使轮椅转向调节空间更加宽敞，添加按键式线下招援系统。

截至2020年11月，北京地铁首都机场线设有母婴护理室、折叠式婴儿护理台、折叠式儿童座椅等设施。

2008年7月2日，北京市发改委就机场轨道线票制票价方案举行听证会。在25元/人次和30元/人次两个票价方案中，25名听证代表中有20人赞同票价25元的方案，有1人赞同票价30元的方案，另有4人认为票价应更低。7月18日，北京市发展和改革委员会对北京地铁首都机场线票制票价做出批复，确定北京地铁首都机场线实行单一票制，票价为每人次25元。

北京地铁首都机场西延工程包含5个特级风险源和57个一级风险源，下穿地铁2号线、下穿地铁5号线、下穿簋街商业街等，每一次下穿对于沉降的控制要求都在毫米级。下穿北京地铁2号线东直门站和北京地铁5号线北新桥站时，都是贴着车站底板进行施工。中心城地段可利用场地狭小，地下市政管线却极密集，加大了施工难度。以下穿的簋街来说，污水管线的排布比一般街道更密，且多是20世纪六七十年代的老管线，对于施工的要求更高。北京地铁首都机场西延工程也是北京市首个大规模采用非降水暗挖的地铁项目，1.83千米线路范围内不见一个降水井，相当于在“水”中进行暗挖作业，“头顶一条河、腰间一道渠、脚下一盆水”。

北京地铁首都机场线是北京首条有自己特殊线路标志的轨道交通线路，由“ABC”3个字母组成列车形状的标志。这3个字母是“Airport Beijing City”的缩写，寓意为下飞机就坐“ABC”进北京城。

北京地铁首都机场线在东直门设置城市候机楼，可以办理换取登机牌和行李托运等手续；实行航空式服务，车辆内饰将充分考虑宽敞舒适，配备空调，增加人性化设计的座椅，并考虑了行李的存放；站台配有半高屏蔽门，车厢内配备服务生，在椅背上安装屏幕、饮用水、毛巾。

2020年，北京地铁首都机场线对地铁工作人员服装进行了更新。制服主体颜色延续原有色系，并增加了对讲机和记录仪扣袢，方便设备携带，兼具职业干练和年轻朝气，进一步提升车站工作人员整体形象。

2020年10月，中央美术学院对北京地铁首都机场线东直门站墙面装饰进行重新规划设计，此次改造沿用了原有的“飞天梦”主题，并新增加了老北京的元素，不仅保留了原有老北京传统纸鸢主题，还融入了长城、天坛、鸟巢等地标性建筑元素，使传统文化与轨道交通有机结合，重新打造“国门第一线”外在形象，使乘客在候车等待过程中能够沉浸式体验到老北京特色文化底蕴。

北京地铁首都机场线的开通，缩短北京首都国际机场与中心城区的通行时间，改善首都机场的交通状况，加强其国际航空港的地位；更多地强调了形象展示、休闲游览、体育聚会的需求；实现了绿色奥运、科技奥运和人文奥运。（《北京娱乐信报》 评）