การก่อสร้างทางรถไฟสายชายฝั่งทะเลตะวันออกเริ่มขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2524–2528 ในเส้นทางชุมทางฉะเชิงเทรา–สัตหีบ และมีการสร้างทางชุมทางคลองสิบเก้า–ชุมทางแก่งคอยอีกหนึ่งสายสำหรับขนส่งสินค้าจากภาคเหนือและภาคตะวันออกเฉียงเหนือสู่ภาคตะวันออกโดยไม่ต้องผ่านเข้ากรุงเทพมหานครเพื่อรองรับการขยายตัวของท่าเรือแหลมฉบังและมาบตาพุด โดยเส้นทางชุมทางคลองสิบเก้า–ชุมทางแก่งคอยจะตัดผ่านจังหวัดฉะเชิงเทรา, นครนายก และสระบุรี[4] และได้ประกาศเวนคืนที่ดินเมื่อวันที่ 19 กรกฎาคม พ.ศ. 2532[2] และมีการเร่งรัดการเวนคืนในสองปีต่อมา[3] โดยเส้นทางจะผ่านภูมิประเทศต่าง ๆ ที่ราบลุ่มที่มีคลองหลายสายทางตอนใต้ มีภูเขาสูงและผ่านอุโมงค์พระพุทธฉายทางตอนเหนือ ถือเป็นอุโมงค์ที่มีความยาวเป็นอันดับสองของประเทศรองจากอุโมงค์ขุนตาน

หลังการก่อสร้างแล้วเสร็จจึงทำพิธีเปิดอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม พ.ศ. 2538 โดยมีสมเด็จพระญาณสังวร สมเด็จพระสังฆราช (เจริญ สุวฑฺฒโน) เสด็จมาเป็นประธานในพิธีเปิด ณ สถานีรถไฟญาณสังวราราม จังหวัดชลบุรี โดยเส้นทางนี้จะทำการขนส่งสินค้าต่าง ๆ เป็นต้นว่า น้ำมัน, ก๊าซแอลพีจี, ปูนซีเมนต์ และบรรจุตู้คอนเทนเนอร์[6]

แต่เดิมทางรถไฟสายนี้เป็นทางเดี่ยว ทำให้เกิดความล่าช้าในการขนส่ง[6] ในปี พ.ศ. 2559 รัฐบาลประยุทธ์ จันทร์โอชามีนโยบายพัฒนาระบบรางให้เป็นระบบขนส่งมวลชน และก่อสร้างรถไฟทางคู่ชุมทางฉะเชิงเทรา–ชุมทางคลองสิบเก้า–ชุมทางแก่งคอยระยะทาง 106 กิโลเมตร พร้อมทางคู่เลี่ยงเมืองระยะทาง 97 กิโลเมตร ก่อสร้างสถานีรถไฟไผ่นาบุญ และเจาะอุโมงค์พระพุทธฉายขนานไปกับอุโมงค์เดิม เริ่มก่อสร้างเมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559[6][7][8] และสิ้นสุดงานในวันที่ 18 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2562[4]

โครงการแบ่งเป็นสองส่วนคือ ช่วงที่ 1 รถไฟทางคู่ชุมทางฉะเชิงเทรา–คลองสิบเก้า–วิหารแดง และบุใหญ่–แก่งคอย และทางคู่เลี่ยงเมืองที่สถานีรถไฟชุมทางฉะเชิงเทรา, ชุมทางแก่งคอย และชุมทางบ้านภาชี ใช้งบประมาณ 9,825,810,000 บาท ก่อสร้างโดยบริษัทซิโน-ไทย[4] ช่วงที่ 2 รถไฟทางคู่วิหารแดง–บุใหญ่ และอุโมงค์พระพุทธฉาย ใช้งบประมาณ 407,049,596 บาท ก่อสร้างโดยบริษัทไร้ท์ทันเน็ลลิ่ง[4]