1956年8月23日,根据中共中央关于防止帝国主义突然袭击的指示,上海市政建设交通办公室编制提交《上海市地下铁道初步规划(草案)》,成立上海市地下铁道筹建处,对上海轨道交通开展了规划设计、方案论证和实验研究。由于上海地区底层条件差且复杂(软土地基),苏联专家提出不宜建设地下铁道线路。20世纪60年代初,上海市的轨道交通网络形成了环形加放射线的规划。从1962年至1983年,上海市先后进行了三次较大规模的地下铁道工程试验。1984年,上海市向中国国务院报送了《上海市地铁网络规划方案》,该网络由7条线路组成,总长176千米,共设137座车站。1985年3月,上海市地铁公司成立。1990年1月19日,上海地铁1号线正式开工建设。1993年5月28日,上海地铁1号线南段(徐家汇站至锦江乐园站)开始观光试运行,线路全长6千米,共设车站5座。1995年4月,上海地铁1号线全线(上海火车站站至锦江乐园站)开通试运营;同年12月,上海地铁1号线南延伸段(锦江乐园站至莘庄站)试运营。2000年6月11日,上海地铁2号线(中山公园站至张江高科站)开通试运营;同年12月26日,上海地铁3号线一期工程(上海南站站至江湾镇站)开通试运营。2003年11月25日,上海地铁5号线(莘庄站至闵行开发区站)开通试运营。2004年12月,上海地铁1号线北延伸段(上海火车站站至共富新村站)开通试运营。2005年12月31日,上海地铁4号线“C”字型线路(大木桥路站至蓝村路站)开通试运营。2006年12月18日,上海地铁3号线北延伸段开通试运营。2007年9月21日,上海地铁4号线全线开通试运营形成“O”字形;同年12月29日,上海地铁6号线(港城路站至蓝村路站)、上海地铁8号线北段(市光路站至耀华路站)、上海地铁9号线一期工程(松江新城站至桂林路站)正式开通试运营。2007年12月,上海地铁1号线北延伸段(泰和路站至富锦路站)开通试运营。2009年12月5日,上海地铁7号线开通试运营。2009年12月31日,上海地铁11号线于北段一期开通。2010年4月10日,上海地铁10号线开通试运营;同年11月30日,上海地铁10号线主线龙溪路站到虹桥火车站站开通。2012年12月30日,上海地铁13号线于一期西段(金运路-金沙江路)开通运行。2013年8月31日,上海地铁11号线南段二期开通;同年10月16日,上海地铁11号线支线花桥延伸段;同年12月29日,上海地铁12号线东段、上海地铁16号线南段开通试运营。其中,上海地铁11号线支线花桥延伸段为中国国内首条跨省地铁,使江苏省昆山市和上海市之间实现了地铁联通。2014年12月28日,上海地铁16号线罗山路站至龙阳路站北延伸段开通。2017年12月30日,上海地铁9号线三期工程东延伸段杨高中路站至曹路站,上海地铁17号线全线开通试运营。2018年12月30日,上海地铁13号线二、三期、上海地铁5号线南延伸段(东川路-奉贤新城)开通运营。2020年12月26日,上海地铁18号线南段(御桥-航头)开通运营。2021年1月23日,上海地铁15号线全线(顾村公园-紫竹高新区)开通运营。2018年3月31日,上海地铁浦江线载客试运营;同年1月20日起,上海地铁全线试行刷码过闸;同年12月19日,中国国家发展和改革委员会批复了《上海市城市轨道交通第三期建设规划(2018-2023年)》。