發展曆程
12306網站于2010年1月30日（2010年春運首日）開通并進行了試運行。用戶在該網站可查詢列車時刻、票價、餘票、代售點、正晚點等信息。售票系統在北京時間每天23:00至次日6:00進入維護，期間不提供服務。
2011年1月19日（2011年春運首日），中華人民共和國18個鐵路局（公司）所在地也分别成立了鐵路客戶服務中心，并公布了服務熱線。
2011年06月12日，京津城際鐵路率先試水網絡售票。
2011年9月30日，所有動車組線路實施網上訂票。
2011年11月20日，Z字頭全部直達特快列車車票實施網上訂票。
2011年12月23日，鐵道部最終兌現在年底前網絡售票覆蓋所有車次的承諾。
2013年11月20日，12306新增支付寶支付通道。
2013年12月6日，改版後的12306網站上線。新版網站增加了自動查詢、自動提交訂單、有票提醒等功能，但是并未增加之前流傳的自主選座等功能。
2013年12月8日，12306手機客戶端正式開放下載。
2014年7月10日，昆明鐵路局試行網購車票快遞服務。旅客使用二代居民身份證在網站購票且不晚于列車開車前36小時的，可自願選擇辦理車票快遞服務。服務區域内暫定每件收費17元，在網購車票時與票款一并支付，每件不超過5張車票，且限一個地址。車票送達時，收件人憑乘車人的二代居民身份證原件（可自動識讀）接收車票。
2014年12月1日起，鐵路互聯網售票、電話訂票的預售期由20天延長至60天。
2015年1月16日，阿裡雲方面證實，12306網站75%的餘票查詢系統已經遷移至阿裡雲計算平台上。12306網站是鐵路總公司火車票網上訂票唯一官網，可以提供購票、退票、餘票查詢、列車時刻表查詢等。
2015年3月16日，12306在登錄界面推出了選取圖片驗證碼全新的驗證方式。
2015年5月6日起，12306網站及“鐵路12306”手機購票客戶端的購票、退票和改簽時間由不晚于列車開車前2小時調整為30分鐘（即隻要不晚于所需乘坐列車開車前30分鐘，旅客均可通過12306網站和手機客戶端辦理購票、退票和改簽業務）。同時，為了不影響其他旅客購票，列車開車前2小時内所購車票請于10分鐘内完成支付。
從2015年5月12日起，乘客通過12306網站和手機客戶端購票，需在席位鎖定後30分鐘内支付票款。而在之前這一時間期限為45分鐘。
為維護公平的購票秩序，最大限度用好寶貴的鐵路客票資源，自2015年6月10日起，鐵路部門将對車票改簽措施作出進一步的調整完善，對開車前48小時～15天内，改簽或變更到站至距開車15天以上其他列車車票，又在距開車15天前退票的，核收5%退票費。
為滿足旅客變更行程的需求，自2015年6月10日起，鐵路部門将推出“變更到站”服務措施：旅客購票後，如需調整行程，變更新的目的地，在車票預售期内、開車前48小時以上，到車站售票窗口或12306網站變更新的到站即可，無需将原車票退票後再另購新車票。
按照原鐵路車票改簽規定，旅客購票後隻能變更乘車日期、車次、席位，不能變更到站；如需變更到站，須先退舊票，再買新票。
變更到站的服務将不收取任何手續費。旅客需在原車票開車前48小時以上，任意選擇有餘票的列車。已取得紙質車票的，可以在車站指定售票窗口辦理；未換取紙質車票的，可以在12306網站辦理。“變更到站”隻可辦理一次。對已經改簽車票、團體票及通票暫不提供此項服務。如果新車票票價高于原車票，隻需補足車票差價，不需要支付原車票退票費。如果新車票票價低于原車票，隻需支付差額部分的退票費。
新版火車票從2015年6月20日起已經在國内部分城市試發售,而從8月1日開始,将在全國範圍内全面替代舊版車票。
主要是增加了一些服務信息,售票車站和檢票口信息也發生了變化。新版火車票上,原來位于票面右上角的售票車站信息被調整至車票最下方21位售票碼右邊,原來位于票面二維碼左邊的候車檢票位置信息則調整到了票面右上角。
新版的火車票上,首行依舊為始發站、到達站和車次,站名後分别增加“站”字;第二行為發車日期、時間和車廂座位号;第三行、第四行是票價及座位類别、“限乘當日當次車”等提醒;第五行原本是乘車人姓名,現改為乘車人身份證号和姓名并排标注;票面右下角依然保留一枚二維碼。
對于4月10日開始上線的中國鐵路95306貨運服務網站,新版火車票上也特意為其“打廣告”,标注“買票請到12306,發貨請到95306”。
2015年6月20日到7月31日是新舊火車票過渡使用時期,這一時期兩種版本的火車票均會出現;而從2015年8月1日開始,各個售票點出售的火車票将全部調整為新版本。
2015年12月，鐵路部門介紹，并沒有設置12月2日或3日的一個時間節點，12306網站随時受理旅客的手機核驗業務，通過網站與旅客手機之間互發短信确認可聯絡性。旅客近期在第一次網上購票時會看到提示，自第一次購票當天起3天之内，旅客可以在方便的時間随時核驗手機，同時，在這3天中未進行核驗仍可購票。3天後購票須通過手機核驗。
自2015年11月26日鐵路春運售票工作啟動以來，截止12月15日，鐵路部門共發售火車票1.7億張，其中，通過12306網站發售車票突破1億張，已占到售票總量60%。自2011年推出網絡購票以來，12306網站累計發售火車票35億張，方便了廣大旅客出行。目前，12306網站運行平穩，售票秩序良好，旅客購票體驗不斷改善。
自2016年1月30日起，12306網站首頁增加“餘票動态信息”欄目，滾動顯示當日起至4日内重點方向列車餘票信息，方便旅客直接查詢，餘票數據每半小時更新一次。旅客點擊所需方向列車某天餘票數量，即可直接進入“車票預訂”頁面，查詢該方向和日期的各次列車餘票詳情，也可查詢預售期内其他時段的餘票信息并購票。
自2016年8月10日起，12306網站和“鐵路12306”手機APP每天開始售票時間由原來的7:00提前到6:00。
自2016年12月30日起，因部分新線即将開通運營，鐵路部門調整列車運行圖，12月30日之後車票預售期調整為30天。此後，鐵路部門未再次恢複預售期，30日的預售期延續至今。
自2017年4月6日起，中國鐵路客戶服務中心12306網站新增中國郵政儲蓄銀行直接支付服務功能。持有中國郵政儲蓄銀行卡的旅客在12306網站及手機客戶端購買火車票時，可在支付頁面選擇“中國郵政儲蓄銀行”按鈕進入銀行網銀頁面支付。
自2017年7月17日起，乘坐G、D字頭列車的乘客可以通過12306網站或客戶端提前預訂動車上的飯菜以及站外的食物。同時，如果是通過電話、車站窗口、代售點、自動售票機等其他方式購票，也可登錄12306網站或移動客戶端，從首頁選擇“訂餐服務”，輸入車次和聯系人信息後，同樣能進行點餐，可以通過微信和支付寶實現快捷支付。另外，已經訂好的旅客，如果要進行網上退票、改簽、變更到站，系統會自動提醒旅客進行退餐，在實體窗口進行了以上操作的旅客，也可在網上自行辦理退餐。2018年1月18日起，鐵路部門對互聯網訂餐服務進行升級，訂餐預訂時限由開車前2小時壓縮至開車前1小時，同時推出動車組列車地方特産預訂服務。
2017年10月11日，中國鐵路客戶服務中心12306網站公示了一則《接續換乘和選座功能使用說明》。《說明》稱，系統支持C、D、G字頭的動車組列車選座，此功能僅為您提供相鄰座位關系選擇，如果剩餘車票不能滿足需求，系統将為您自動分配席位。如不選擇座席關系，直接點擊“确定”，系統将自動為您分配席位。12036網站上述線上選座功能于10月12日正式上線運行。
自2017年10月12日起，鐵路部門推出“接續換乘”方案推薦，當遇到出發地和目的地之間的列車無票或沒有直接到達的列車時，旅客可選擇“接續換乘”功能,售票系統将向旅客展示途中換乘一次的部分列車餘票情況，如果旅客選擇購買，可以一次完成兩段行程車票的支付。
自2017年11月23日起，中國鐵路客戶服務中心12306網站微信支付服務功能上線運行。
自2018年9月21日起，12306新出台的購票新規正式施行，購買兩張或者以上火車票，新增了一條限制條件，先到達的時間與後出發的時間間隔須在40分鐘以上。
2018年11月3日，改版升級的中國鐵路12306網站正式上線運營。改版後的12306網站，功能布局更加合理、界面更加友好清晰、購票流程更加便捷，增加了用戶掃碼登錄功能，減少了旅客無效點擊，方便旅客快速購票。新改版的12306網站以服務旅客為中心，豐富和完善了服務引導信息内容，着力滿足購票、餐飲、站車服務、旅遊服務等旅客出行全方位服務需求。
2018年11月30日，單杏花向記者透露，她和團隊研發的“候補購票”功能将于2019年春運期間上線，屆時搶票情況将會再次緩解。2019年5月22日候補購票服務擴大到全部列車。
2019年5月，12306網站推出候補購票新服務，讓旅客在12306上購票時，如遇所需車次、席别無票，可在線排隊候補，當對應的車次、席别有退票時，系統自動兌現車票。自5月22日12306網站全面上線候補購票服務以來，截至6月21日已累計兌現近200萬張車票。來自中國國家鐵路集團有限公司的統計顯示，系統年售票量已超過31億張，日售票能力達到1500萬張，高峰時每秒售票量達700張，網頁浏覽量超過1500億次/天。互聯網售票占鐵路售票總量的82.8%，12306已經成為世界上規模最大的實時票務交易系統。
2020年1月2日，中國國家鐵路集團有限公司工作會議在北京召開。會議指出，2020年，将建立12306網站會員制，創新12306建設管理機制，拓展服務功能。
2020年1月28日0時起，為落實國務院2020年春節假期延長安排，中國國家鐵路集團有限公司決定，此前在車站、12306網站等各渠道，已購買的全國鐵路火車票，旅客自願改變行程需退票的，鐵路部門均不收取退票手續費，購買鐵路乘意險的一同辦理。因各地學校開學時間不同，辦理學生票退票時均不收取退票手續費，購買鐵路乘意險的一同辦理。
2020年2月1日起，為加強2020年新型冠狀病毒疫情防控工作，便于在需要時及時聯系乘車旅客，購票人須提供每一名乘車旅客本人使用的手機号碼，方可在12306網站（含手機客戶端）上購票。未成年人、老年人等重點旅客以及無手機的旅客，可提供監護人或能及時聯系的親友手機号碼；港澳台旅客、外籍旅客可提供電子郵箱。
運營時段
放票時段
為避免搶票高峰時段12306登錄緩慢，2014年11月28日起全國鐵路部門将調整互聯網、電話訂票的起售時間：①放票時間點從16個調整為21個，8:00-18:00每個整點和半點均有新票起售；②C、D、G字頭列車不再單獨起售；③具體方案可官網查。
自2014年11月28日起，鐵路部門将對互聯網、電話訂票的起售時間進行調整。放票時間點從16個調整為21個，即8:00至18:00期間，每個整點和半點均有新票起售，同時C、D、G字頭列車不再單獨起售，起售時間與車站保持一緻。
來自成都鐵路局的最新消息，受全國鐵路4月中旬将調整運行圖影響，從3月17日起，貴州境内各趟始發普速列車和高鐵動車，其車票暫售至4月13日——也就是說，從昨天（3月17日）起，旅客無法購買4月14日及以後的火車票。
記者昨日（3月17日）登錄12306官網，先後輸入貴陽北至廣州南、北京西和上海虹橋，以及貴陽至北京西、上海南、西安等20餘趟高鐵動車和普鐵列車，均顯示隻發售到4月13日，4月14日及以後日期的各趟列車隻顯示車次，沒有餘票、票價、運行時刻等信息，并在車次下方标注有“列車運行圖調整暫停發售”的提示。
“廣大旅客若想購買4月14日及以後的車票，需等到3月21日。”貴陽火車站方面介紹，按計劃，4月14日——4月18日的火車票，将于3月21日對外發售；4月19日及以後的車票，自3月21日起按30天預售期發售。
付款時間
從2015年5月12日，乘客通過12306網站和手機客戶端購票，需在席位鎖定後30分鐘内支付票款。而在之前這一時間期限為45分鐘。另外，鐵路部門拟調整暑期列車，6月29日-7月7日所有列車車票延至5月10日8:00開始發售。
網站公告
2019年10月20日，12306接連發布4則公告稱，香港西九龍開G5842次、G5844次、G5846次、G5848次等10趟旅客列車，福田開G5841次、G5843次、G5845次、G5847次等6趟旅客列車臨時停運，以及深圳北開G5631次、G5633次、G5635次等4趟旅客列車臨時停運。
2019年12月12日起，12306網業務辦理時間由6：00—23：00延長至6：00—23：30，在此期間旅客可在12306網站和“鐵路12306”APP辦理購票、改簽、退票、候補等業務。
争議事件
2015年12月初，有網友登錄網站預定車票時發現，購票頁面一度出現異常，顯示“您的操作頻率過快”。中國鐵路總公司客服解釋，這可能由用戶使用搶票軟件導緻，也與購票人數較多有關。
12306客服表示，這種異常情況與浏覽器有關。“不建議使用360和搜狗浏覽器，這些浏覽器帶有搶票插件，12306對它們進行屏蔽，所以會出現異常。”客服建議，旅客可換IE浏覽器試試，“目前IE的穩定性好，如果IE浏覽器也出現這種情況，可以清除一下曆史記錄和緩存，多試幾次。”此外，客服表示，近期購票人數較多，網站有一定壓力，也可能導緻異常情況。他提醒用戶登錄官網買票時，最好在地址欄直接輸入“www.12306.cn”的網址，不要通過搜索登錄。
獵豹移動工程師李鐵軍表示，12306這一舉措主要用來對付“黃牛”和刷新過快的搶票軟件。“在人多的單位網絡買票，很容易被封。個人用戶出現這種情況，要果斷關閉手機WiFi，用手機數據流量上網買票。如果在電腦上搶票被封IP，除了用代理服務器，就得嘗試連接手機的熱點了。”
針對圖片驗證碼的問題，12306客服表示，之前的驗證碼太簡單，搶票軟件可以在1秒鐘之内識别1000次甚至更多，這對普通用戶來說是一個不公平的購票環境。“搶票軟件目前還沒有攻破多圖驗證碼，說明還是有效的。”
針對旅客反映的難識别的問題，鐵路部門正在向上級彙報情況，作出相應的調整方案。
