铁四院的前身是铁道部中南设计分局，成立于1953年2月4日，1956年元旦中南设计分局改为铁道部第四勘测设计院。这一时期是学习苏联的经验；工作条件十分艰苦，完成了黎湛铁路、鹰厦铁路、武沙铁路的勘测设计和郑州、武汉等九个枢纽。

1958年到1965年是整章建制充实提高的时期

和全国一样，当时的铁路建设也是遍地开花，放卫星，大部分勘测资料不全，文件不配套，文件质量不高。1962年，公布了技术岗位责任制和总体设计负责制为中心的19项技术管理制度，这是建院十多年来正反两个方面的经验的结晶。

为响应中央的号召，铁四院大量精简职工，截止1962年，精简职工1656人，压缩为2465人。1964年，贯彻中央"备战备荒为人民"的战略方针，进军川汉线，委员长朱德、国家副主席董必武、国务院总理周恩来，副总理贺龙、陈毅、李富春等中央领导听取了四院院长方力关于川汉线方案的汇报。

1966年至1976年是极左思潮泛滥的曲折发展时期

文化大革命开始后，勘测设计陷于瘫痪半瘫痪状态。1970年，为了推行设计施工一条龙，铁道部第四勘测工程局与铁四院在武昌合并，组建新的铁道部第四工程局。

1977年至现在是全面整顿、改革开放、开拓经营时期

1977年1月，局院分开，四院仍在武昌原址，四局迁往安徽合肥。四院恢复建制后，狠抓管理和制度建设，提高了勘测设计能力和质量，这一时期是铁四院发展最快时期。

设计院长期是计划经济，由铁道部统收统支，没有自主权，1984年初，全院实行技术经济责任制，自收自支，自负盈亏，由“事业生产型”向“企业生产经营型”转变，现在正加紧进行改企建制，经铁道部批准更名为铁道第四勘察设计院。2001年将改为科技型企业，2003年11月正式并入中国铁道建筑总公司，并正向国际工程公司的目标迈进。


2007年11月28日，铁四院由非公司制法人单位改制为一人有限责任公司，正式更名为中铁第四勘察设计院集团有限公司。