1998年，台湾省住都处完成《台中都会区捷运路网细部规划》，线路分为红、蓝、绿三线，线网总长度共计69.3千米。经核定后由交通主管部门高铁局接手办理。

2004年10月11日，台湾“行政院”核定捷运绿线G3北屯旧社～G17高铁台中站路线。

2008年11月15日，台湾省交通主管部门、台北市政府、台中市政府签订三方协议书，台中捷运后续路网规划工作由交通主管部门高速铁路局移交至台北市政府捷运工程局办理。

2020年11月16日至12月15日，为期一个月试运营持悠游卡、一卡通、icash2.0可免费搭乘；运营时间为每日07时至20时，12月7日至15日运营时间为每日6时至24时。11月21日，因发生“车厢间半永久连接器牵引装置轴心”断裂，属于重大故障，须检测所有列车，自11月22日起暂停试运营。12月14日，由于列车车钩轴心断裂原因尚未厘清，北捷局及川崎重工提出之解决改善方案未获中市府满意。因此宣布，原定12月19日通车将延后，运营时程未定。