La construcción del Nuevo Acceso de Alta Velocidad a Toledo estaba incluida en el programa de Alta Velocidad correspondiente al capítulo de ferrocarriles del Plan de Infraestructuras 2000-2007 del Ministerio de Fomento, siendo inaugurada el 15 de noviembre de 2005 en el marco del PEIT.

La nueva conexión Madrid – Toledo se ha diseñado con parámetros de trazado de alta velocidad y en ancho de vía internacional. Utiliza a lo largo de los primeros 53 Kilómetros de los 76 que separan Madrid de Toledo el trazado de la actual línea de Alta Velocidad Madrid – Sevilla. A partir de ese punto comienza la línea de nueva construcción que discurre paralela a la Madrid – Sevilla durante aproximadamente tres kilómetros por el Oeste de la misma, girando después hacia el Sureste para cruzar el río Tajo. Posteriormente, se aproxima al ramal ferroviario Castillejo – Toledo, aprovechando el pasillo ferroviario existente hasta llegar a la actual estación de Toledo.

La longitud total de línea de nueva construcción es de 25 Km, incluyendo una importante estructura a distinto nivel sobre la línea Madrid - Sevilla y un viaducto para cruzar el Tajo. Su presupuesto asciende a 14.300 millones de pesetas.

Con esta línea de Alta Velocidad se consigue un tiempo de recorrido de 25 minutos entre Madrid y Toledo, cumpliendo los objetivos buscados de acercar Toledo a la capital de España y servir como importante motor de desarrollo de la ciudad con una moderna y eficiente infraestructura ferroviaria.

Además, una vez entre en servicio la línea de Alta Velocidad Madrid – Castilla-La Mancha – Comunidad Valenciana – Región de Murcia, podrán existir servicios regionales que cubran las relaciones Toledo – Cuenca y Toledo – Albacete, vertebrando así el territorio castellano-manchego.

Dentro del periodo 2000-2006, las obras del nuevo acceso ferroviario a Toledo han sido cofinanciadas por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del Programa Operativo Integrado de Castilla-La Mancha, con una ayuda que asciende a 67,1 millones de euros.