2002年12月27日，5号线正式开工。
2003年10月8日19时50分，5号线崇文门站导洞内的施工部分因违规操作发生钢筋支架整体倾覆，3名工人死亡，1人轻伤，负责人在随后被判1年徒刑。
2004年1月底，5号线建设工程全面启动。
2004年3月28日，5号线雍和宫站、和平里北街站盾构施工项目正式启动。其间盾构机将穿越地坛。
2004年5月20日，雍和宫至张自忠路区间左线隧道贯通。
2004年9月22日上午，长666.1m的5号线17合同段——东四站到灯市口站区间东线贯通。地面沉降控制在5mm内，日最快掘进量22.8m，月最快掘进量265m。
2004年9月29日，5号线北新桥站主体结构封顶，是5号线首个封顶的车站。
2005年4月5日上午，5号线立水桥站河底施工部分由于当时上游突然泄洪冲击施工围栏而紧急停止，因所有人员及时撤离以及河湖管理部门及时关闭上游闸门而没有酿成重大事故。
2005年8月10日上午10时，由德国贝尔芬格伯格公司和北京建工集团联合体施工的5号线17合同段东单站至东四站全线贯通。这是整条5号线唯一由中外公司联合施工的合同段。
2005年11月11日上午，5号线在惠新西街北口站正式开始全线铺轨。
2006年4月12日，5号线竣工前的时刻表全部排定。
2006年4月19日，5号线上施工难度最大的雍和宫站贯通。该站完全依靠人工15个月的日夜连续施工修建完成。
2006年7月底轨道全部贯通。
2006年11月开始安装屏蔽门。
2007年7月，5号线进行空载试运行。
2007年9月20日，5号线由于工程尚未完工，未按原定计划开通运营。
2007年10月7日14时对外试运营。
2007年10月19日晨，5号线的三辆列车接连在磁器口站，灯市口站和和平里北街站三站发生部分车门因灵敏度过高而被自动锁定无法打开的故障。该三站被限流约半小时。
2007年11月23日，由于5号线地上部分旁的居民反映噪音扰民，5号线开始补装隔音设备。
2007年11月26日晨，5号线发生技术故障，造成各站人员拥挤。
2008年6月9日，5号线以及其他北京地铁线路启用自动售检票（AFC）系统。
2014年11月6日19时，5号线惠新西街南口站一名女孩被夹在安全门和地铁门中间。在中日友好医院急诊室发现，女子已不幸离世。其男友称，死者34岁，承德人，下班回天通苑住地途中遭遇不幸。目网友所称的女子死亡原因尚未得到官方证实。
2015年5月，北京市“十三五”规划编制中，众多京北居民呼吁5号线北延。
2015年9月，北京市交通委主任周正宇表示，地铁5号线考虑北延。
