Строительство восточной части Кругобайкальской дороги от Мысовой до Танхоя началось в конце 1899 г.; затем прокладывался путь от Танхоя до Слюдянки, на более пологом и равнинном южном берегу Байкала; весной 1902 г. началось строительство самой сложной части дороги - от Слюдянки до станции Байкал. Работы по сооружению тоннелей начались 1(14) декабря 1902 г. Рабочее движение поездов по всему маршруту Кругобайкальской дороги открылось 18 сентября (1 октября) 1904 г., а 16 (29) октября 1905 г. она была принята в постоянную эксплуатацию и стала частью Забайкальской дороги в административном отношении.
На строительстве дороги было задействовано от 2700 (1900 г.) до 15000 рабочих (1903 г.)
Современный маршрут Кругобайкальской железной дороги сформировался в конце 50-х годов, после строительства Иркутской ГЭС в 1956 г. и затопления участка, проходящего вдоль Ангары, от Иркутска до Байкала. Несколько ранее, в 1947-49 гг. была построена более короткая перевальная дорога Иркутск - Большой Луг - Слюдянка и после завершения строительства на нее был переведен основной ход Транссиба.
В настоящее время на дороге находится 4 станции (Култук, Маритуй, Уланово и Байкал) и 1 разъезд (137 км).