El projecte de la línia d'alta velocitat va ser aprovat pel Consell de Ministres el dia 8 de desembre del 1988. Els primers trams van ser licitats l'any 1993 i la primera travessa va ser col·locada pel que era aleshores ministre de Transports i Obres Públiques, Josep Borrell, el 20 de desembre del 1995.

El tram Madrid-Lleida, de 468 quilòmetres de longitud, es va posar en servei l'octubre del 2003 i va suposar una inversió inicial aproximada de 4.500 milions d'euros. Aquest tram presentava algunes característiques en el seu desenvolupament que, entre altres aspectes, només permetien una velocitat de 200 km/h.

El 2005 Adif va fer treballs de reconeixement i estudi de la plataforma per resoldre els problemes detectats. Es va substituir el sistema de detecció de caiguda d'objectes per un altre tecnològicament idoni.

L'any 2006, Adif va posar en servei 108 nous quilòmetres de la línia d'alta velocitat, que van suposar una inversió de 1.613 milions d'euros. En concret, van entrar en servei la variant de Lleida i el canviador d'ample de Puigverd de Lleida (i el tram Lleida-Camp de Tarragona.

Al mes de maig de 2006 Adif va posar en funcionament el sistema de senyalització ERTMS de nivell 1, que va permetre anar augmentant successivament la velocitat de circulació entre Madrid i Lleida i, posteriorment, Camp de Tarragona i, per tant, reduir els temps de viatge. El 2007 es va posar en marxa el servei comercial a 300 km/h, que va representar una reducció de 15 minuts en el temps de viatge entre Madrid i Camp de Tarragona.

Amb 98 quilòmetres de longitud, el tram Camp de Tarragona-Barcelona va suposar una inversió de 2.652 milions d'euros, un tram complex sobretot al seu final per les característiques del terreny i l'espai que comparteix amb altres infraestructures, com carreteres, altres línies de ferrocarril o el metro.

El 20 de febrer del 2008 es va estrenar la connexió d'alta velocitat que permetia unir Barcelona amb Madrid en un temps mínim de dues hores i 38 minuts. Aleshores, hi havia un total de 17 trens diaris per sentit que realitzaven aquest trajecte i, de forma progressiva, Renfe va augmentar la freqüència de trens fins als 28 actuals.

La línia d'alta velocitat Barcelona-Madrid, de 621 quilòmetres de longitud, ha representat una inversió de prop de 9.000 milions d'euros, i en els seus tres anys en funcionament ha registrat un total de 16.923.323 clients, dels quals 7.694.097 han fet el trajecte entre la capital catalana i Madrid. Segons dades de la companyia Renfe, l'últim any, més de 5,3 milions de viatgers han utilitzat els serveis del TAV entre Barcelona i Madrid. Concretament, 2.562.633 passatgers han viatjat entre la capital catalana i Madrid.

Segons Renfe, el perfil del client del corredor Madrid-Barcelona és el d'una persona que es desplaça per motius de treball (56,4%), o motius d'oci o familiars (41,9%), i que viatgen amb una freqüència mitjana de 38 vegades l'any.

Pendent el tram Barcelona-Figueres

El 19 de desembre passat es va inaugurar el tram transfronterer d'alta velocitat entre Figueres i Perpinyà, de 44 quilòmetres. El trajecte el cobreixen els trens de la companyia francesa SNCF i amb l'obertura d'aquest tram d'alta velocitat, el trajecte entre Figueres i París s'escurça a menys de cinc hores i mitja.

Ara només queda pendent el tram entre Figueres i la capital catalana, però encara no hi ha cap data concreta per l'acabament de les obres. El corredor Madrid-Barcelona-frontera francesa suposarà una inversió d'uns 10.800 euros fins al 2011, del quals 7.100 corresponen al tram entre Barcelona i Madrid i els 3.700 restants a la connexió entre Barcelona i la frontera francesa.

Les obres han estat cofinançades del 2000 al 2006 pel Fons de Cohesió europeu amb un ajut de 3.388,9 milions d'euros i del 2007 al 2013 seran cofinançades per les Xarxes Transeuropees de Transport (RTE-T) amb 6,1 milions d'euros per les obres d'adequació per a la seva explotació en ample internacional del tram Girona Mercaderies-Variant de Figueres. El Banc Europeu d'Inversions també participa en el finançament d'aquest projecte.