滬寧鐵路和津浦鐵路通車後，來往長江兩岸的下關和浦口需要通過輪船接駁；其中，乘客需要在列車到達江畔後下車，搭乘輪渡去江對岸的火車站，再登上另一趟列車，繼續接下來的行程；而貨物則需要在一側的火車站卸車，搬運上輪渡，到另一邊的火車站後再裝上下一趟列車。這種方式的成本高，也給乘客帶來諸多不便，貨物也容易被損壞。穿梭於江北津浦碼頭和江南下關的渡輪最多時有4艘，日航50次，日載客量1萬餘次，但還是無法滿足需求。
自1918年以來，火車輪渡的方案就多次被提起。國民政府在定都南京、收回寧滬線的經營管理權（曾由英國人控制）後，便開始謀劃火車過江的問題。1928年，中華民國鐵道部調任交通大學唐山土木工程學院院長鄭華為鐵道部簡任技正兼設計科科長，辦理籌劃此事。1930年，根據《首都計劃》建設，鐵道部以10萬美元重金聘請外國橋樑專家對下關、浦口間建橋作了考察，得出“水深流急，不宜建橋”的結論；10月，國民政府鐵道部“下關浦口鐵路輪渡設計專門委員會”，決定採用鄭華提出的“活動引橋”輪渡方案。輪渡工程所需費用系借庚子賠款22萬多英鎊、國內工程款4萬英鎊，摺合國幣58萬餘元，另外還有鐵道部撥款25萬元和津浦路局借款6萬元。
輪渡工程於1930年12月1日開工。因工程款項不足，施工進展遲緩。1931年夏季，江洪暴發，停工數月。1932年5月，兩岸橋基工程完成，其他附屬設施亦依次竣工。引橋上部鋼樑等材料運抵後，開始架橋。岸基的設施一直到1931年12月1日才正式動工，到1933年9月才全部竣工。
1933年10月22日，輪渡通車典禮上楊秀瓊應邀剪綵
1933年10月22日，輪渡正式投入使用，國民政府主席林森親自到場祝賀，剛剛獲得第五屆全國運動會游泳冠軍的楊秀瓊女士應邀剪綵。鐵道部首都輪渡段負責輪渡的運營及管理，並在南北兩岸設立輪渡站，辦理過往客、貨車輛的渡運業務，並對船、橋及段管理線路進行養護維修。《讀賣新聞》稱讚其“美輪美奐，東亞無雙”。
列車從駛入輪渡所，到解編、推送上船，再到對岸再重新連接後離開，需要2個小時。此外，鐵路輪渡還要求“夜間不渡，大霧不渡，漲潮不渡，颱風不渡”。即便如此，輪渡的開通還是避免了乘客的奔波和貨物的損壞[4]。輪渡的開通也為北平-上海間的直通車鋪平了道路。這趟直通車全程34小時；旅客乘火車由上海到北平，經過南京鐵路輪渡，中途無須上下車。
日軍入侵南京前夕，為阻止日軍利用鐵道設施，長江號在上游石牌附近自沉，於是侵略軍只能以小火輪作牽引，華中鐵道成立後，輪渡改名“南京航送”。1943年，兩艘“金陵丸”投入航運，每日擺渡12次，但僅限於日間。
1946年，輪渡段由津浦區鐵路局代管。兩艘“金陵丸”更名為“南京號“和“浦口號”。次年，由於戰事、設備老化，渡輪降至每日5-6渡。1949年1月，“南京”號駛往上海大修。為阻止國民黨軍隊控制“南京”號，該船總船長下令打開艙底閥門，自沉黃浦江。
解放軍進入南京前夕，秘密聯繫上了輪渡工人，並通過拖輪和浦口號到達下關一側。控制南京後，鄧小平和陳毅從浦口通過此輪渡前往下關，又換乘吉普車進駐總統府。解放初期，輪渡僅有浦口號每日擺渡20餘次。1950年“南京”號打撈後修復投入航運，1958和1959年，上海號、江蘇號和金陵號（文革期間改名為“北京號”）也先後投入服務。南北鐵路幹線車源的工作量有80%通過輪渡。南京編組的車流99%，浦口車流的75%來自輪渡。
1961年，輪渡所劃歸上海鐵路局，與上海站一樣為局轄處級單位。隨著南京長江大橋在1968年10月開通，輪渡只運輸非直通的貨車，當時仍有70%的貨車通過輪渡來往江兩岸。
如今的浦口輪渡舊址
1973年5月5日，鐵路輪渡由常態化運營轉為戰備作用，只剩下浦口碼頭和中山碼頭負責南京市民的通勤。由於歇業後的輪渡依然承擔著戰備功能，輪渡所依然要待命保證能在3小時之內恢復運輸。輪渡所在1978和1980年還曾進行過兩次軍事演習，在普通船上臨時鋪上鐵軌運火車，模擬長江大橋被損毀時的情況[3]。1984年，南京輪渡所撤銷，後又劃歸南京長江大橋管理處，成為上海鐵路局南京橋工段的一個部門。
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