1909年，传习所更名为京师铁路学堂，办学规模逐步扩大。1912年，民国成立后，学堂更名为北京铁路学校，1917年又调整为北京铁路管理学校，专业设置聚焦铁路管理与工程领域。
1921年，北洋政府将北京铁路管理学校与上海工业专门学校、唐山工业专门学校合并，组建交通大学，设北京、上海、唐山三校，北京校址称交通大学北京学校，后于1923年更名为北京交通大学，此为“北京交通大学”校名首次正式使用。1950年，中央人民政府铁道部接管学校，定名北方交通大学，毛泽东主席为学校题写校名。1952年全国院系调整中，学校部分学科调出，同时吸纳清华大学、天津大学等院校的铁路相关专业，形成以铁路为特色的工科院校。1958年，学校迁至西直门外现校址今海淀区上园村3号。
1970年，学校曾短暂更名为北京铁道学院；1977年恢复“北方交通大学”校名。1981年，学校成为全国首批博士、硕士学位授予单位，学科建设迈入新阶段。2000年，学校由铁道部划归教育部管理，实现由行业院校向综合性大学的转型。
2003年，经教育部批准，学校正式恢复使用“北京交通大学”校名。2017年，学校入选国家“双一流”建设高校，交通运输工程学科入选“世界一流建设学科”，标志着学校进入新的发展时期。百余年来，北京交通大学始终与国家交通事业发展同频共振，从早期的铁路管理教育到如今的综合性交通大学，其历史沿革既是中国高等教育发展的缩影，也是交通强国建设的见证。