อุโมงค์พระพุทธฉาย เริ่มก่อสร้างเมื่อวันที่ 1 มิถุนายน พ.ศ. 2536 แล้วเสร็จเมื่อวันที่ 15 พฤศจิกายน พ.ศ. 2537 ด้วยงบประมาณ 127.5 ล้านบาท เปิดใช้อย่างเป็นทางการในวันที่ 19 สิงหาคม พ.ศ. 2538 [2] นับเป็นอุโมงค์รถไฟลอดฝีมือคนไทยที่ยาวที่สุด[3]

วันที่ 17 พฤษภาคม พ.ศ. 2560 การรถไฟแห่งประเทศไทยได้ว่าจ้างให้บริษัท ไร้ท์ทันเน็ลลิ่ง จำกัด ดำเนินโครงการงานก่อสร้างอุโมงค์รถไฟรางคู่ "อุโมงค์พระพุทธฉายแห่งที่สอง" (ฉะเชิงเทรา-คลองสิบเก้า-แก่งคอย สัญญาที่ 2 ช่วงอุโมงค์พระพุทธฉาย) โดยเทคนิค New Austrian tunneling method (NATM) [4]