1958年10月，上海市建委根據市委、市府的指示，由市規劃院、鐵路局、市政設計院、煤礦設計院、華東工業設計院等單位組建地鐵籌建處，著手規劃和研究上海地鐵的建設，並成立越江研究所。1960年地鐵籌建處與越江所合並成立隧道工程局設計研究處，主要從事盾構法和沈管法隧道的試驗及研究工作。1962年並入上海城建局隧道處。在此期間進行了6402工程（即衡山路地鐵試驗工程）的設計、施工以及打浦路盾構法越江隧道研究及沈埋法隧道試驗研究工作。
1965年，正式成立隧道設計院，從事地鐵和越江隧道的設計研究工作同時開始打浦路越江隧道工程的設計工作。
1969年，隧道設計院並入上海隧道公司，成立隧道公司設計室，從事進排水隧道及城市立交等市政工程的設計工作。1982年成立隧道公司設計研究所，開始地鐵漕寶路區間隧道試驗段及延安東路北線隧道設計研究工作。
1985年，上海市政府重新成立上海市隧道工程設計院。
1997年，院更名為上海市隧道工程軌道交通設計研究院。