广九直通车是中国铁路及港铁共同担当运行于广东省广州市至香港特别行政区的直达特快列车，来往广州东站、常平站及香港红磡站之间。列车在中国内地运行纵贯广深铁路，至香港境内接入港铁东铁线，全程173公里。广九直通车及其前身自1911年10月5日开始提供服务，于第二次世界大战期间及中华人民共和国成立后两度中断服务，其行走的路段是九广铁路（今港铁东铁线及广深铁路）历史最悠久的列车之一。广九直通车每日共开行9对列车（18班，单数车次往红磡，双数车次往广州东），其中1对通过东莞市常平站，现时红磡至广州东之间单程约需2小时。另外，广九直通车于1993年开行至佛山站的直通车，同时在1995年至2017年延长至肇庆站始发。但随着广深港高速铁路香港段的开通以及香港西九龙站的启用，现时已取消往来佛山的直通车。

1898年6月，中英银公司获特许权，兴建香港至广州的铁路，这条铁路被称为九广铁路（香港命名）或广九铁路（粤境命名）。当时，香港与广东虽然分治，但实际上两地间并不设边境检查；而九广铁路本来的设计，就已经是一条计划在九龙至广州之间作整体运行的城际铁路，因此亦未有现时跨境“直通车”的概念。

1906年7月，位于香港境内（时为英国殖民地）的九广铁路英段动工，位于中国境内（时为清朝政府统治）的九广铁路华段亦随后于1907年8月11日动工，以连接香港与广东省城广州。1910年10月1日，九广铁路英段率先通车，香港境内的列车同日开行。及至1911年10月5日，华段正式投入服务，行走整条九广铁路、来往香港与广州间的列车（广九直通车前身）也于同日开行，按1911年时间表，九龙至广州间单程约需4小时。

九广铁路广州的终点站最初设在大沙头，经吉山、石龙、常平、樟木头、深圳、粉岭、大埔墟、沙田及油麻地到达位于尖沙咀的九龙总站，全长178.55公里。通车初期，每天开出两对列车，座位分为头等及二等，票价分别为5.4银元及2.7银元。1936年至1937年间，香港九广铁路局更提供豪华列车服务，改装了两辆柴联车，分别命名为广州淑女（Canton Belle）和大埔淑女（Taipo Belle），设有酒吧区和观景厢。1936年10月14日，“大埔淑女”更创下九龙至广州间2小时15分不停站的最快车程记录。

1937年抗日战争期间，九广铁路华段经常受到日军空袭，只能维持有限度服务。1938年10月21日，日军进攻广州，同月华段在香港以北15英里处被日军截断，广九两地间的列车服务即告中断。第二次世界大战期间，1941年12月25日香港沦陷，九广铁路全线被日军占领及转为军用。1945年8月15日日本投降后，九广铁路于1946年逐步恢复运作。

然而，由中国共产党领导的中华人民共和国于1949年10月1日成立，中国人民解放军南下于1949年10月14日进占广州和石龙，政治环境转变令到粤港两地间的列车服务再告中断，此后停运30年。九广铁路英段及华段以罗湖桥为界，两地政府于此设立边境，客运列车互不相通，乘客到达边界必须下车自行过境。自此英段及华段铁路由两地政府各自经营及提升，标准各异，加上两地政治分歧与边境检查问题，相对于两地各自运行的列车，跨境直通车概念因而萌生。

中华人民共和国成立后，中国大陆曾与当时的港英政府几次商议恢复直通车服务，虽然中华人民共和国对恢复直通车持正面态度，国务院总理周恩来也曾于1950年代初提出希望两地直通火车恢复运行，但因政治原因等多种因素，一直无法达成协议。

随着中国在70年代末开始实行改革开放，1979年1月初，中华人民共和国开始派人与香港政府接触，商讨恢复直通车，然后九广铁路局也主动向广州铁路局提出此问题，广州铁路局上报铁道部，1月25日，铁道部向国务院申报了《关于开行广州－九龙直通旅客列车问题的请示》，很快国务院批准了“积极进行直通客车的筹备工作，力争尽快开行”，并获邓小平直接批示，接着广州铁路局开始进行准备，包括扩建广州站（当时广州火车站已迁至流花桥的新客站）、兴建大型联检房和候车厅，并在3月16日完成试运行。同年3月20日，广州铁路局和九广铁路局的代表正式签订通车协议。因时任香港总督麦理浩在3月下旬访问北京时表示，希望返回香港时能乘坐首班广九直通车，所以通车日期最终定于4月4日。当天广州火车站举行首列港穗直通车的开行仪式，广东省委第一书记习仲勋、广州市委书记兼市长杨尚昆、香港总督麦理浩和夫人以及香港各界人士应邀出席。上午8时20分，铁道部副部长耿振林为首发广九直通旅客特别快车剪彩。上午8点半，中断了30年后恢复通车的首班港穗直通车从广州开出，由东风3型0149号内燃机车牵引四方厂制24型客车，列车进入香港境内的罗湖站后由港方的带道司机指引进入香港路段，约3小时后到达香港九龙站（今红磡站），其中香港段运行时间约55分钟。这天距离中国共产党第十一届三中全会闭幕仅仅103天。

当时每天开行广九直通旅客特别快车一对，广州开往九龙的91次列车开车时间是上午8时30分；由九龙开往广州的92次列车下午13点整开车，列车单程行车时间2小时54分。东风型内燃机车牵引由10辆空调软座车、1辆餐车、1辆行李车、1辆发电车组成的列车车底，当时单程票价为港币53.5元（人民币16元，当时汇率约合每百港元兑换人民币30元）。旅客办理出境手续后，直接乘坐火车从广州到达九龙，然后办理入境手续，免去了携带行李徒步走罗湖桥的过程。每班列车载客限额640人，全年客流仅容许30多万人次。而负责列车乘务工作的列车员，由广深二组担任（后来改称广九客运段广九二组，20世纪末改名为广九车队）。第一批48名直通车列车员，是从广州铁路局3000多名列车员中挑选出来的，而且条件非常严格，并要通过政治检查，且每位乘务员不得有收小费、红包的行为。列车开行初期，乘务员实行“八个一”服务法（问一声您好、扶一把旅客、做一件好事、说一声再见、拿一拿行李、提供一项特色服务、送一个微笑、旅客不满一声道歉）；现时乘务员实行4S服务法（smile微笑、safe安全、silent安静、sweet亲切），这一服务法也延伸到广州局担当的高铁列车上。广九车队先后获得全国五一巾帼标兵岗、全国三八红旗先进集体、全国新长征突击队、全国青年文明号等荣誉。

1979年4月15日，广州举办第45届广交会，大多数采购商的第一交通选择便是乘坐广九直通车。随着客流增长，1980年1月11日，第二对广九直通车开行；1984年7月1日又开行了第三对，1986年增至每天4对，春节时再加开班车，同时列车总载客量增至840人，直至准高速列车在1995年投入服务后才减至624人。即使如此当时车票仍供不应求。直至1994年广深高速公路开通后，客流增长受到大巴竞争而放缓。

从1984年开始，广九直通车开行夜晚到达九龙的列车，为解决列车乘务员在香港的住宿问题，位于尖沙咀的乘务员公寓应运而生。该公寓位于漆咸道南39—43号“铁路大厦”。按照规定，乘务员从红磡站出来，就由专车送到公寓，次日早上再乘专车返回红磡站上车；平日任何人都不准以任何理由请假外出，也不得在公寓会客和接待亲友，基本与香港边检禁区无异。这些规定并一直沿用。

广九直通车对中国对外开放的改革历程有相当重要的意义。据统计，由1979年4月到1980年年底，已有25个国家和地区的首脑及外交大臣在到中国进行国事访问时，乘坐广九直通车出入境。包括时任新加坡总理李光耀，美国前总统理查德·尼克松、美国副总统沃尔特·蒙代尔、美国国务卿亨利·基辛格等，经香港到广州前往北京。

1982年12月28日起，广州铁路局与香港九广铁路决定调整直通车的票价和行李、包裹运费，约分别提高47%和30%。1984年，在改革开放浪潮下，为了迎合港澳台旅客较为“西方”的观念，担当广九直通车乘务的广九客运段要求乘务员化淡妆，穿西服，打领带，穿皮鞋，开创了全国铁路服务的先河。1985年，91/92次直通车首次挂上豪华餐车，以及在101/102和107/108次直通车的餐车上实行自助餐模式，成为中国铁路第一个提供自助餐服务的列车。后来，广九直通车更成为全路首列推行无干扰服务的列车，还是第一个开展免税商品销售服务的列车，更是第一个列车员实现普通话、粤语、英语服务的车队。

1993年1月，开行广东佛山－香港的直通车，当时车次为194/191（往九龙）、192/193（往佛山），更在1995年3月28日延伸至肇庆，当时的车次是104/101（往九龙）、102/103（往肇庆）。

1994年，广深铁路完成准高速改造，1995年3月27日，港穗直通车开始使用25Z型准高速客车，最高时速提升至160公里，运行时间缩短到1小时45分，并使用当时代表准高速列车的“Z（准）”字头车次，每天4对准高速列车。同年10月8日起，港穗直通车开始在东莞市常平镇的常平站停靠（常平站于1997年12月23日升格并更名为东莞站，后于2013年6月20日复名），为来往香港与东莞的旅客提供更大的方便，大部分港穗直通车的班次仍均会停靠常平站。

1996年港穗直通车的北面终点迁往位于天河区的广州东站。到1997年香港回归中国时广九直通车每天开行6对，年载客量148万。

1998年6月1日，广深铁路电气化工程完成，港穗直通车开始使用最高时速达200公里的瑞典X2000摆式列车运行当时代表高速列车的“G（高）”字头车次，运行时间缩短至最短90分钟，在开通首两年，新时速列车的大修均安排于列车抵港后，进入九铁何东楼车厂维修中心进行。至1998年8月28日，九广铁路公司购入的九广通列车正式投入服务，此前港穗直通车只是由广深铁路股份有限公司单方面担当营运的车辆。九广通初期每日来回各开出1班，现时九广通每日则有来回3班。

1999年6月28日，广九直通车先后开行了第5、6、7对。2001年6月13日，广深铁路股份有限公司与香港广九铁路公司联合开行东莞至九龙的“假日直通车”，逢星期五、星期六、星期日开行，车次为T823/818次，服务项目、服务标准与其他广九直通车一致。从2002年12月25日起，假日直通列车由周末开行改为每周二至周日开行，每周开行6天。随着《内地与香港关于建立更紧密经贸关系的安排》的实施，在2003年6月28日和10月20日分别增开了第8对和第9、10对广九直通车，而来往东莞和九龙的直通车也于2003年6月30日被取代。截至2004年4月，恢复运行25年来，广九直通车已运送旅客4500万人次。2004年4月18日起，广九直通车新增开2对，开行总数增至12对，平均每隔一个小时开行一趟，并将直通车车票预售期延长为60天。

2006年10月16日，香港特别行政区行政长官曾荫权在乘坐T801次广九直通车时写下题词：“感谢你们的专业服务。”

2008年12月21日起，根据港铁最新公布的广九直通车时刻表，所有广九直通车（包括九广通）均改为行走广深铁路的第三线及第四线（即普速线），列车由160km/h降至140km/h，行车时间有所增加。2008年年运送旅客增加到304.3万人次。

2010年10月22日，台湾著名作家李敖乘坐广州东开往九龙红磡的T815次广九直通车时，有感于列车的优质服务，特意题词“我欲乘风归去，只有广铁称心”，并主动和乘务员合影留念。截至2010年10月，广九直通车自1979年4月恢复运行以来载客量已逾6250万人次。据广铁集团统计，30年以来广九直通车客流类型也有很大改变，恢复运行初期客流大多为外宾、海外华侨和港澳台旅客，而今则以出境内地游客及商务客为主，其中内地游客普遍占到五成以上。

2012年7月16日起，由于红磡货场永久停用，所有在港过夜的广九直通车，均改于港铁何东楼车厂北厂近马场站泊位停泊。

2012年12月21日，中华人民共和国铁道部实行新运行图，此前由广深铁路股份有限公司担当的直通车告别开行了18年的25Z型车，以全新的25T型车面世，并全面改用韶山8型电力机车推动（与此同时，港铁正式实施完全电气化，包括直通车在内载客列车一律以电力推动）。但因线路设计原因，列车最高速度仍然为140km/h，同时，广九直通车上的乘务员也换上新装，以全新的面貌与姿态迎接广大旅客。

在2013年，广九直通车接送了430万人次客流，2014年2月1日（正月初二），创下单日14600人次客流的最高纪录。

2014年10月下旬，因应12月10日调整全国新运行图，12月出发的广九直通车车票暂停发售，并于11月上旬正式发售。

2014年12月10日，全国铁路调整新运行图，广九直通车车次改为Z801-Z820（广铁25T）、Z823-Z828（港铁KTT）。

2016年5月14日9时01分，由广州东站开往红磡站方向去的Z801次列车在接近常平站时，由于韶山8型0192号机车突然断电，停靠在了常平站上行咽喉区，无法进入常平站。为防止偷渡等非法出入境事件发生和维护旅客安全，中国边检东莞边防检查站常平分站“处突尖刀分队”在列车车头、车厢两侧、车尾都部署了警力，开展监护工作。故障于11时32分排除，Z801次列车顺利驶向香港。期间没有旅客私自上下车，亦没有发生安全事故。

2017年4月16日，因肇庆站改造，肇庆铁路客运口岸停止运营，肇庆至红磡的直通车的始发终到站由肇庆站改至佛山站。

2019年4月，原九龙（红磡）站改名为香港红磡站。

2019年7月10日，全国铁路调整运行图，广九直通车车次改为Z801-Z812（广铁25T）、Z814-Z819（港铁KTT），运行区间调整为广州东至香港红磡。

根据香港特区政府公布的疫情防控措施，自2020年1月30日零时起，红磡车站口岸关闭，往来内地香港红磡站至内地间的广九直通车全部暂停跨境运营。

2022年，有消息指港铁拟永久停运城际直通车。

2024年7月5日国务院批准关闭北京西站、上海站、广州、东莞等4个内地与香港跨境普速列车（城际直通车）铁路口岸，代表广九直通车正式走向历史。

车票预售期30天，开车前20分钟在车站窗口停止售/取票。电话/网上购票必须在香港取票，每张车票收取手续费港币12元（大小同价）。

根据国家外汇管理局要求，2017年5月1日起，旅客在广州东站、常平站购买广九直通车车票，均按人民币核收相关费用，不再收取港币。同时为方便港澳市民购票，广州东站、常平站增加银行卡购票业务（只限银联卡）。

票价（港币，2015年7月15日起）

中国铁路担当的广九直通车由中国铁路广州局集团有限公司广州机务段使用韶山8型电力机车担当，由广州机务段机车乘务员值乘（列车在港铁东铁线境内由港铁监察员带道）；港铁担当的广九直通车由港铁何东楼车厂使用Re460型电力机车担当，由香港司机值乘。

广铁曾考虑将广九直通车列入动车组计划中，但由于线路历史遗留问题和购买新型客车而导致计划搁置。

和谐号CRH1型电力动车组：随着中国铁路于2007年4月18日进行第六次大提速，广州铁路集团研究亦在广深铁路开行CRH1A型动车组，原定会于2007年年底起，在广九直通车加入动车组车次（当时预留了D701～730作为直通车车次，运行时间约96分钟，较原有准高速列车缩短约20分钟），然而在香港的动态测试中（由SP1900列车加上相应厚度的发泡胶，模拟CRH1行驶），证实其车身宽度3328毫米无法安全通过港铁东铁线所有路段（尤其以大学站弯道为主要问题），因此计划搁置。

和谐号CRH5型电力动车组：CRH5A型动车组车身宽度3200毫米可以安全通过港铁东铁线所有路段，但由于列车早期属北部寒冷地区使用的车型，要等南部地区的武汉铁路局购置的10列CRH5A型动车组在当地实际的运行成果后，广州铁路集团才会考虑引入此款动车组行走广九直通车，但广州铁路集团其后改为向中国南车四方股份公司购买25T型客车取代25Z型客车，引入动车组的计划也随之搁置。有人指列车经过大学站时刮底而搁置。

在直通车于1979年4月4日复办以来，由于当时中国提供的客车中，大多数的洗手间均不设集便装置，乘客如厕期间，污物会直接排放在路轨上。随着九广铁路英段范围于1980年代进行电气化，九铁方面也禁止无集便装置的直通车在香港段范围内排放污物，因此列车由中国大陆进入港段期间及列车通过石龙桥期间，乘务员会把列车洗手间锁上。按照《香港铁路附例》（香港法例第556B章）第6条，无集便装置客车在港段排放污物会触犯有关法律。

直通车首款装有集便装置的客车，为中韩合制的25C型客车，曾于2000年至2007年间行走肇港直通车。另外中国从瑞典购买的“新时速”X2000型、九铁从日本购买的“九广通”KTT客车车厢及运行沪九直通车和京九直通车的25T型客车以及广铁集团于2012年12月21日在广九直通车投入营运的25T型客车亦有集便装置。

2011年2月10日下午，中国政法大学资本研究中心主任刘纪鹏乘坐广九直通车由香港返回大陆，当想如厕时却被告知在香港境内列车厕所不开放，被拒如厕。事后刘纪鹏除了在列车上的意见本反映有关意见，并于其腾讯微博指“高铁都能造得出来，难道列车的排放问题就解决不了？”。这条信息迅速引起了多方关注，在发布当天就被转播超过800次，而《南方都市报》、凤凰卫视等媒体都对此事进行了报道。对于厕所引发的“纠纷”，广铁集团广九客运段于翌日（2月11日）作出了回应，指“直通车厕所改造问题已在计划中，并且也将因为此事件的发生而提速”，并表示进行厕所系统改造后的列车将于当年4月投入服务，但当时的编组中仅4号车厢和7号车厢加装了集便器。

1948年9月3日，当日天气十分恶劣，一趟开往香港的7次特别快车于下午1时55分由广州东站（今广州站）开出，下午5时30分当运行至李朗站、布吉站（今深圳东站）之间，在近布吉东面松原坡之斜坡上列车突然脱轨，颠覆客车7辆，包括头等车两辆、二等车两辆、三等车两辆及餐车一辆，机车沿山坡跌入水田，200多条枕木及道轨全部损坏。由于列车满载乘客，事故造成严重死伤，死者70余，伤者约百人。由于布吉接近深圳和香港，故伤员都被连夜送往九龙医院救治。事后成立“广九路覆车调查团”，调查结果认为，事故发生路段铁轨多处弯曲，轨道夹板、螺栓被拆，同时由于当日列车晚点，故超速运行，导致事故的发生。

1979年广九直通车恢复运行后，列车在香港境内运行时时常受到虚假举报电话影响而晚点。这些电话声称轨道上有石头、树干甚至是炸弹等障碍物，使得列车不得不临时停车，待线路检查完毕后才能继续行驶。

2019年10月4日晚10时，一列Z810直通车于途经粉岭站期间，有激进示威者拿着锤子和铁棍从月台恶意破坏击打车厢右边的车窗和车身。事件期间，由于有人士把杂物抛进东铁线铁路范围内，阻碍列车前进，故此该列车一度只能停在粉岭和上水之间，后成功突破包围圈返回内地。