大连地铁的构想最早是在20世纪80年代提出的。1987年，大连提出了地下、地面、高架相结合的城市轨道交通规划方案，全长82.4公里，写入《大连市城市总体规划》。但由于对大连建设和运营地铁能力的怀疑，以及当时的宏观调控，大连地铁项目并未实现。

20世纪90年代，大连再次尝试修建地铁。1998年，市政府将城市轨道交通建设列为实现大连市21世纪发展战略的重要举措，成为大连市重大城市基础设施项目中最重要的项目。1999年，《大连市轨道交通线网规划方案》编制完成并通过建设部评估。

《大连市轨道交通线网规划方案》规划了5条线路，总长123公里。1号线全长19.2公里，从城市西南的陵水至城北的泉水，大致相当于今天地铁1号线海事大学至泉水路的路段，是大连南北走向的主要干线。1号线还有一条从刘家桥到大连周水子国际机场的5.4公里支线。2号线全长24公里，是城市的中心环线，包括长度为8公里的北环线和长度为16公里的南环线。其中，北环路是对现有有轨电车线路的改造，南环路是连接星海湾、森林动物园、邦库岛等旅游景点的新建线路。2号线是一条风景旅游线路。3号线，也就是今天的快速轨道3号线，是大连南北向快速客运干线。4号线全长7.5公里，大致相当于今天规划的地铁5号线青泥洼桥至湖滩新区段。5号线全长16.63公里，西起市区万家村，东至市区东海公园，大致相当于今天地铁2号线万家至海智云公园段，是大连东西走向的主线。

为加快大连城市轨道交通建设，当时的市政府做出了“规划一次、分期建设、分期开通”的决策，并基于这一决策，启动了大连城市轨道交通试验线建设，即大连现代有轨电车线项目。大连城市轨道交通试验线全长12.6公里，从沙河口火车站至海事大学，其中有轨电车线路改造7.1公里，估算总投资2.94亿元。该试验线于1999年10月15日开工，2000年10月竣工，2002年作为202号有轨电车投入运营。后沙河口火车站至兴工街的轨道被拆除改建为BRT，线路由海事大学延伸至小平岛前，形成了今天的202路有轨电车。202路有轨电车的开通，为大连的公共交通做出了重要贡献，为未来城市轨道交通线路的建设奠定了基础。

2000年，《大连市轨道交通线网规划方案》规划的3号线，也就是今天的快速轨道3号线开工建设。由于地铁建设需要国家发改委审批，大连不符合地铁建设条件，市政府采用“快速轨道交通”的名称规避审批，按照地铁标准建设了快速轨道3号线。大连快轨3号线一期工程于2000年9月开工建设，于2002年10月1日、2002年11月8日试运行，2003年5月1日正式投入运营。项目第二阶段于2004年底通车。大连快轨3号线支线以大连快轨3号线支线名义建设，是快轨3号线三期工程，2008年底通车。

大连快轨3号线及其支线采用1435 mm标准轨距、DC 1500V接触网，大连本地北车大连机车生产的4节、2节B型车为大连地铁其他线路的建设积累了经验。

大连修建地铁的最新尝试始于2005年。2005年，大连再次提出修建地铁。根据《大连城市总体规划》和《大连城市发展规划》，提出了大连地铁一期工程，包括以《大连市轨道交通线网规划方案》为基础的1号线和2号线，以及连接市区和旅顺口区的新4号线。2009年7月，大连市城市轨道交通近期建设规划通过审批。

2009年1月，大连地铁工程建设指挥部正式成立。2009年3月，大连地铁工程建设指挥部开始面向全国征集大连地铁标志设计，最终选定河北承德吴设计方案。

2009年7月25日上午，大连地铁奠基仪式在港湾广场举行，两个试验段开工。2010年3月5日，大连市政府召开地铁开工动员会，宣布大连地铁全线正式开工，同时确定了大连地铁最终设计方案。预计总投资287.38亿元，每公里控制投资4亿元；其中，1号线投资100.16亿元，2号线投资187.22亿元。截至2010年5月，大连地铁26个区间全部开工建设。大连地铁原计划2012年底前建成通车并试运行；计划2013年底建成，2014年下半年试运行。2014年5月1日，大连快速轨道延长线202投入试运行。

2014年6月10日，《大连市城市轨道交通建设规划环境影响评价》第二次公示。

2015年5月22日，地铁2号线一期试运行，同年10月30日，地铁1号线一期试运行。2016年1月29日，地铁1号线运营范围延伸至会展中心站。

2017年6月7日，地铁1号线运营范围延伸至河口站；地铁2号线运营范围延伸至海智云站；12号线运营范围延伸至河口站。为了扩大对国外游客的服务，大连地铁用普通话、英语、韩语、日语和俄语进行广播。