西成高速铁路分为三个部分:新建西成高速铁路西安至江油段(陕西和四川分段建设)和既有成绵乐城际铁路江油至成都段。2008年1月10日,四川省与原中华人民共和国铁道部签订加快四川铁道建设的部省会议纪要,提出建设西成高速铁路;同年8月27日,中华人民共和国国务院审议通过国家汶川地震灾后恢复重建总体规划,西成高速铁路被纳入其中;同年12月29日,成绵乐城际铁路江油至成都段正式开工建设。2009年4月27日,原中华人民共和国铁道部评审通过西成高速铁路可行性研究报告;同年10月29日,中华人民共和国国家发展和改革委员会发布了《关于西安至江油铁路项目建议书的批复》(发改基础【2009】2669号)。2010年9月16日,原中华人民共和国环境保护部批复西成高速铁路环境影响评价报告;同年10月23日,中华人民共和国国家发展和改革委员会批复西成高速铁路可研报告。2011年2月10日,原中华人民共和国铁道部批复西成高速铁路初步设计;同年6月8日—10日西成高速铁路西安至江油段修改初步设计审查会议确定将原设计速度350千米/小时调整为速度250千米/小时。2012年4月19日至26日,西成高速铁路陕西段修改初步设计审查会议确定其采用双线、高速铁路标准;同年6月25日至27日,西成高速铁路四川段修改初步设计审查会议召开。同年11月1日,原中华人民共和国铁道部正式发布了《关于新建西安至成都铁路西安至江油段可行性研究报告的批复》(铁鉴函〔2012〕1449号);同年12月9日,西成高速铁路陕西段正式开工。2013年3月21日,西成高速铁路四川段正式开工。2014年12月20日,成绵乐城际铁路江油至成都段(现为西成高速铁路江油至成都段)投运。2016年9月1日,西成高速铁路西安至江油段进行全线铺轨。2017年3月1日,西成高速铁路陕西段完成静态验收;同年6月16日,四川段完成静态验收;同年6月20日,陕西段进行联调联试;同年7月3日,四川段进行联调联试;同年11月13日,线路进入全面验收阶段。同年11月22日,线路进入全线拉通试验阶段;同年12月6日,正式开通运营,成绵乐城际铁路江油至成都段于同日并入西成高速铁路。