2000年，在2亿元国债和惠州市政府配套资金支持下，惠澳铁路全面复工兴建。

2002年12月26日，惠澳铁路全线铺通。

2003年3月，惠大铁路二期工程（大亚湾站至惠州港区段）经广东省计委批准立项，并于12月开工建设；同年12月1日至3日，惠澳铁路通过验收。

2004年1月8日，惠大铁路一期工程（惠州西站至大亚湾站段），即原惠澳铁路工程开通运营。

2006年12月，惠大铁路二期工程线下工程停工。

2008年9月，惠大铁路二期工程复工建设。

2009年12月，惠大铁路二期工程大亚湾站至惠州港段建成通车。

2017年3月15日，惠大铁路二期工程进港铁路开始施工。

2018年6月30日，惠大铁路进港线完成桥梁主体工程；9月29日，进港线完成铺轨；11月1日，进港线建成通车。

2022年7月21日，惠大铁路复线电气化改造及惠州新材料产业园铁路专用线项目可行性研究及可行性研究阶段相关专题公开招标。

截至2023年4月，惠大铁路沿线车站由北至南依次为惠州西站、惠环西站、惠阳东站、大亚湾站、惠州港站和纯洲站；三栋站和莲塘面站暂缓启用。

惠大铁路主线长52.5千米，石化区专用线长3千米，港口区连接线长7.32千米，纯洲岛支线长2.7千米。

惠大铁路主线大致呈南北走向，线路起于京九铁路（广梅汕铁路）惠州西站、高榜山西北面山脚下，于车站西侧与干线铁路分离；向南经涂塘坑山体、红花湖水库西部红花谷，沿红花湖风景区西南侧外围至惠州仲恺高新技术产业开发区北部；向东经古塘坳山谷、上跨205国道，经笔架山东北部后向东南至惠州学院西南部；向南沿叶挺大道西侧至三和经济开发区，折向西南上跨叶挺大道，沿惠大高速公路（粤高速S23）西侧向南依次跨过淡澳河、沈海高速公路（国家高速G15）、厦深铁路、风田水库至大亚湾站。主线途经惠城区龙丰街道、惠环街道、河南岸街道和三栋镇，惠阳区永湖镇、淡水街道和澳头镇，向东至霞涌街道延长出大亚湾石化工业区专用线。

惠大铁路港口线大致呈南北走向，线路起于大亚湾站，向南沿疏港大道东侧，上跨白寿湾至惠州港区；进港铁路连接线从距离进港线起点5.1千米处引出，折向东南经黄浪角东北部后，向东跨过罗网角岛北面海域后，至惠州港纯洲岛作业区。

2004年1月8日上午，惠大铁路惠州西站至大亚湾站开通运营货物列车，货运比绕行深圳缩短80多千米。

2018年11月1日上午11时30分，惠州港荃湾煤炭码头首趟运煤专列发出，驶向梅州市梅县荷树园电厂；惠州港荃湾煤炭码头进港铁路、粤东最大煤炭“铁水联运”集散基地正式投入使用。

2012年，惠大铁路完成货运量228.97万吨。

截至2017年3月，惠大铁路日均行车量约7对，平均编组数量约20节，最大牵引质量约3500吨。

因惠大铁路是非电气化铁路，货物列车均由东风4型电传动内燃机车牵引，分单机和双机两种牵引模式。

惠州西站是惠大铁路接轨京九铁路的小型枢纽站，使惠大铁路接入中国铁路网；同时也是惠大铁路货物列车进行内燃机车与电力机车交路的车站。

惠阳站是全线重要的货运中转站，除承运粮食和农副产品外，还把大型石化产品、电子产品等往外运输。大亚湾站为小型枢纽站，分岔出支线接石化工业区和惠州港码头；车站共设有1条到发线、3条调车线（含存车线）、牵出线0.5条。惠州港站是铁路终点站，设有4条到发线，预留4条调车线和1条走行线，建有1座站房和一座货运营业厅。

惠州港荃湾煤炭码头位于纯洲岛作业区，进港线铁路设计最大年通行能力2000万吨；煤炭码头从环保设计、环保制度、环保设施设备、防污监测以及应急处理方面展开，建立一套空、海、陆三位一体的污染防治体系；建成两座长500米、宽118米、高44米的中国国内最大环保封闭条形煤仓，可将煤炭堆取转运控制在独立空间内，有效防治煤灰和扬尘的污染。

惠州港油品储罐区拥有近50万立方米成品油储罐，每年能给进港线提供50万至200万吨运量；惠州港站货场化学品仓储区每年可为进港线提供100万吨以上运量；中海炼油区每年能为惠大铁路提供200万吨运量。

惠大铁路建设初期，因惠州财力有限、资金不足，多次中途停工搁置；进港线工程因荃湾村拆迁问题，曾多年处于停工状态，制约铁路运输效益；港区铁路需跨越海面，对环保和安全方面要求高；全线途经郊区丘陵地带，翻山越岭，上跨下穿多条既有交通线路，共有23座桥梁和9个道口；因惠大铁路属于危险品货物运输线路、线路等级很低、沿途环境远离市中心，导致惠大铁路难改造成市域快铁。

2013年，厦深铁路惠州南站落成，预留与惠大铁路接驳的联络线。

2016年初，惠州市发改局委托中铁第四勘察设计院开展惠大铁路复线电气化改建工程方案以及利用惠大铁路改造开行客运列车（惠州站/惠州西站至大亚湾站、惠州港站）的可行性、标准及站点设置方案研究；根据惠大铁路原有的条件状况，专家们不赞成开通客运功能。

2017年6月，惠州市交通投资集团官网发布惠大铁路复线及电气化改造工程初步方案：在现状基础上进行电气化改造，增建第二线，改造设计速度120千米/小时，以货运为主，远期年货运量6000万吨。沿线拟增设或改造惠州西站、惠环西站、惠城南（惠大）站、三栋站、三和站、惠阳站、大亚湾站和惠州港站。

2019年2月25日，根据《惠州市贯彻落实〈海陆丰革命老区振兴发展规划〉实施方案（2018-2025年）》，拟对惠大铁路复线化兼电气化升级改造，以实现客货两用。

2019年4月26日，惠州市域铁路线网规划及惠大铁路客运化改造规划方案专家咨询会召开。专家表示：利用既有的惠大铁路市域化改造既可以让市区中心区与惠阳-大亚湾快速联系，在短期内满足大型客流集散点间的客流需求，同时由于改造工程控制因素少，建设成本较低，符合国家政策，审批周期短，在近期市域铁路网建设中具有一定可实施性。涉及惠大铁路的市域铁路为S1线，从惠州西至大亚湾，途经惠城南，全长约52千米。其中惠城南至大亚湾段为惠大铁路客运化改造部分，长度约48千米。

● 路网地位

惠大铁路是京九铁路南段的重要支线、京九铁路与厦深铁路之间的预留联络线；线路纳入中国铁路网，成为京九铁路南端的出海口、珠江三角洲内联系国家干线铁路和支线港口的通道。（《惠州日报》 评）

● 功能作用

进港铁路作为惠大铁路工程的延长线，极大增强完善惠大铁路的运力和功能，使之真正成为京九铁路南端最近出海口直达通道。其无缝对接荃湾煤炭码头，使之成为重要的煤炭上水码头；到港煤炭不仅能满足附近石化区炼油的需要，还可输送至粤东北、江西等地的电厂，助力打造粤东地区最大煤炭集散基地，服务粤港澳大湾区建设和支持粤赣湘落实中国“一带一路”的战略部署。（《惠州日报》 评）

● 经济效益

惠大铁路既是中海壳牌石化工业区的重要交通配套工程，也是惠州港专用的疏港铁路，为大亚湾区和外界物流运输的主要线路，承接着惠州港和石化区物流重任；特别是对环大亚湾新区的发展，将拉动建筑业产品、工业产品的物资流通速度。惠大铁路的开通对惠州经济网站的发展，尤其是对大亚湾沿海地区的发展和重点项目的建设、对惠州港的开拓都起到很大的拉动和推动作用。（惠州大亚湾区政府 评）