中铁十局集团第三建设有限公司的前身可追溯到1950年11月成立的中国人民志愿军铁道工程总队。

  1953年1月起，铁道部陆续在全国组建12个工程局，与公司前期演变融合的单位有西北铁路干线工程局宝兰工程处和第四工程局一处，同年11月，铁道工程总队凯旋归国，部分转业人员列入三处。此后，经过铁道部西北铁路工程局（咸阳）和铁道部华北铁路工程局两部分11次较大规模分立、组合的机构演变，1964年12月，华北局将留下的第一工程段和第六工程队，在山西省晋城县重新组建华北局三处(简称三处)。至此，铁四局三处的前期演变基本完成。

  1966年8月，铁道部改变各工程局名称，华北铁路工程局更名为铁道部第四工程局(简称铁四局)，华北局三处也更名为铁道部第四工程局第三工程处（简称铁四局三处）。

  1970年7月，铁四局三处更名为交通部第四铁路工程局第三工程处。

  2000年9月26日，三处改制为中铁四局集团有限公司的控股子公司，名称为“中铁四局集团第三工程有限公司”。

  2004年1月，公司整建制调离中铁四局集团，与中铁三局集团三公司和济南铁路工程总公司合并组建中铁十局集团公司，编为中铁十局集团第三工程有限公司。

  2005年5月更名为中铁十局集团第三建设有限公司（简称中铁十局三建公司）。