三莺线的历史最早可追溯至2000年，台北市政府捷运工程局基于莺歌区及三崃区的民意于2000年3月启动台北捷运延伸三莺地区的初步研究工作，并于2002年2月首度提报中华民国交通部审查；然而在经过交通部的审查后，交通部建议以高运量大众捷运系统型式优先办理永宁站延伸至顶埔地区的工程，另以中运量大众捷运系统型式兴建一条长11.9公里、设8站的捷运路线衔接莺歌地区。根据交通部的建议，台北市政府捷运工程局于2003年2月正式展开捷运三莺线的研究作业，并于2005年1月完成环境影响评估、7月25日完成可行性研究报告