学院前身为铁路系统的两所学校——天津铁路工程学校和天津铁路分局职工培训中心（由原天津铁路成人中专学校和天津铁路运输技工学校组成），其中天津铁路工程学校建于1951年，是天津市首批国家级重点中专校，全国职业教育先进单位，1958年至1962年，曾改制为专科层次的天津铁路学院；天津铁路成人中专学校建于1953年，是天津市重点学校，被联合国教科文组织文献记载为“中国职工教育的代表”；天津铁路运输技工学校建于1986年，为天津市首批国家级重点技工学校。
2004年9月，铁路系统进行分离企业办社会职能改革，两所学校同时移交天津市，隶属于天津市劳动和社会保障局（现天津市人力资源和社会保障局）。为适应轨道交通行业发展对高等职业教育的需要，2004年12月经天津市人民政府批准成立天津铁道职业技术学院，2005年5月通过教育部备案。2005年9月开始招生。建院以来，在市教委和上级主管部门的帮助支持下，学院领导班子带领全体教职工共同努力，发扬艰苦奋斗的优良传统，紧紧抓住高职教育大发展的难得机遇，不断克难进取，开拓创新，步入了良性发展的轨道。
目前，学院全日制在校生3953人，招生地区涉及22个省市自治区。学院设置铁道工程系、铁道运输系、铁道动力系、铁道电信系、建筑工程系、基础课部、实训处七个教学单位，开设铁道工程技术、铁道通信信号、铁道交通运营管理等19个专业。
学院举办相关专业的职业资格和专业技能培训，1995年成立铁路特有工种职业技能鉴定第15站，2005年成立天津市国家职业技能鉴定第61所，可鉴定初、中、高级工和技师、高级技师5个等级80个工种，为实施“双证书”教育创造条件。同时开展各类职业培训与技能鉴定，年均为铁路等企业培训职工5000余人次，为企业职工和在校生进行技能鉴定3000余人次。学院是铁道部机车司机培训考试基地和高速铁路技术培训基地、商务部坦赞铁路高级技术人员培训基地、建设部建设行业技能型紧缺人才培养培训基地、北京铁路局和中铁六局职工培训基地。
学院现有教师297人，其中专任教师211人。专任教师中，青年教师128人，硕士以上学位64人，占青年教师总数的50%。
近三年，主编（主审）、参编正式出版的教材26部；公开发表和获奖论文242篇；承担局级以上课题15项；建成市级精品课程1门，院级精品课程11门；完成技术开发、勘测设计、工程监理等30项；申请技术专利3项。学院是中国职业教育学会轨道交通专业委员会常务副主任兼秘书长单位，在轨道交通行业职业院校中发挥了学术组织和引领作用。
学院现有两个校区和两个与铁路企业共建的实训中心，主校区为原天津铁路工程学校校址。总占地面积648.4亩，建筑面积13.5万平方米。固定资产总值2.77亿元，教学仪器设备总值5099万元。计算机1510台，多媒体教室92间，座位5823个。纸质藏书28万册，纸质期刊401种，电子图书500GB，电子专业期刊5.4万种。千兆光纤网络和程控电话网覆盖整个校园，实施了一卡通管理，实现了办公现代化。建有完备的生活和体育设施。
校内建有实训室（场）57个，实践教学场所（含共建）建筑面积3.5万平方米。重点建设了设备先进、具备“教学做”一体功能、模拟真实工作环境的轨道运输和土木工程校内实训基地，满足了实践教学需要；校外建有46个实训基地，均与企业签有合作协议，有良好的运行保障机制。其中北京铁路局南仓站和天津工务段两个实训基地为市教委命名的天津市职业院校校外实训基地。