建設歷程
2004年10月22日，崗頂站封頂。
廣州捷運10號線2006年8月2日，石牌橋站正進行出入口通道的暗挖施工，軟弱土層突然坍塌，事故共造成一死兩傷。
2006年11月30日，運營事業總部正式接管天河客運站、五山站、華師站、崗頂站及石牌橋站的管理權、指揮權和使用權。至此，十號線（現三號線支線）東段順利實現三權移交。
2010年4月28日，體育西路-天河客運站段開始採用6節編組新車，由於列車的減少，該區段列車間隔時間也由2至3分鐘，延長為4分鐘。
2010年7月5日，體育西路-天河客運站段壓縮行車間隔到3分30秒。
2010年8月9日8時42分，體育西路-天河客運站區間發生信號故障，導致全線中斷行車約14分鐘。
2017年3月21日，從廣州市發改委獲悉，國家發改委已正式批覆廣州市城市軌道交通第三期建設規劃（2017-2023年），規劃包括10條捷運新線路，總長度258.1公里，總投資2196億元。10號線在規劃當中，預計2022年建成，長度25公里，設站19座，總投資210.88億。
2018年1月21日，廣州捷運10號線工可報告再獲市發改委批覆，同意動工建設。
2018年，西朗站更名為西塱站。
線路規劃
概述
崗頂站站台廣州捷運10號線大致呈東北-西南走向，東北起於天河區天河客運站， 西南止於荔灣區西塱站。其中，新建線路於廣州捷運3號線支線上的石牌橋站向西南延伸，大致經天河路、廣州大道、寺右新馬路、保全前街、煙墩路、廟前直街、東湖路、怡樂路、瑞康路、僑港路、金鵬路及翠園道，止於西朗站，線路主要經過天河區、越秀區、海珠區、荔灣區。新建線路全長約25.4km，均為地下線敷設方式；新建線路共設定19座車站，其中換乘站10座；全線設車輛段1座。建成後將與三號線天河客運站至石牌橋段貫通運營，貫穿天河、越秀、荔灣、海珠等四個中心城區，是一條名副其實的中心城區軌道交通“加密線”。
根據有關部門的客流預測，十號線建成後，全線初期的日均客流約76萬人次，因此採用6輛編組列車，最高運行速度80km/h，能夠滿足客流的需求。
線路站點
| 站點名 | 換乘線路 |
| 天河客運站 | 廣州捷運6號線 |
| 五山站 | |
| 華師站 | 廣州捷運11號線 |
| 崗頂站 | |
| 石牌橋站 | |
| 天河路站 | 廣州捷運1號線、廣州捷運3號線 |
| 廣州大道中站 | 規劃線路 |
| 寺右新馬路站 | |
| 署前路站 | |
| 東湖站 | 廣州捷運6號線、廣州捷運12號線 |
| 濱江東路站 | 廣州捷運19號線 |
| 中大南門站 | |
| 五鳳站 | 廣州捷運11號線 |
| 東曉南站 | 廣州捷運2號線 |
| 石溪站 | 廣佛線 |
| 大幹圍站 | |
| 東沙站 | |
| 廣鋼新城站 | 佛山捷運11號線 |
| 西塱站 | 廣州捷運1號線、廣州捷運22號線、廣佛線 |
| 備註：除已運營車站外，其餘站名均為工程暫定名。 | |
未來規劃
3號線分為主線（天河客運站-番禺廣場）和北延段（機場北-體育西路），行車交路為機場北-體育西路和天河客運站-番禺廣場。
當今三號線支線拆解成天河客運站至體育西路和體育西路至番禺廣場兩段，未來現有的三號線將拆分兩段，其中天河客運站至石牌橋區間併入10號線，並西延西塱站；體育西路至番禺廣場段併入3號線北延段，形成新的3號線。
值得留意的是，十號線建成後將與三號線天河客運站至石牌橋段貫通運營，換句話說，廣州捷運必須在十號線開通前對三號線實施拆解工程，將天河客運站至石牌橋段交由十號線運營，而三號線則只運營番禺廣場至機場北段，這樣將能提高三號線的運力，並有效緩解體育西路站的換乘壓力。
換乘方案
有換乘車站13座，都是地下車站。10號線全線的換乘站有：
•西塱站：換乘1號線、22號線和廣佛線（22號線尚未開通）
•廣鋼新城站：換乘佛山11號線(未開通)
•石溪站：換乘廣佛線（廣佛線燕崗-瀝滘段2018年底開通）
•東曉南站：換乘2號線
•五鳳站：換乘11號線（未開通）
•濱江東路站：換乘19號線（未開通）
•東湖站：換乘6號線、12號線（12號線未開通）
•署前路：換乘1號線、6號線(與東山口站換乘)
•寺右新馬路站：5號線(與五羊邨站換乘)
•廣州大道中站：換乘新線(規劃中)
•天河路站：換乘1號線、3號線、13號線（13號線朝陽~魚珠段尚未開通，與1,3號線體育西路站換乘）
•華師站：換乘11號線（未開通）
•天河客運站：換乘6號線。
使用列車
10號線列車可能會使用原來3號線的列車。
•製造商：西門子公司與株洲電力機車
•塗裝：車身兩邊顏色以銀灰色為主，另各有一條白色飾帶和橙色色帶。
•設計時速：120 km/h
•車輛編成：6節編組（Mc+T+Mc重聯Mc+T+Mc）
•製造年代：2005年～2007年
•電機傳動方式：VVVF交流傳動
•車廂：鋁合金車體，三節編組列車長約60米，車身寬2.8米，長19.98米
•載客量滿載：675人
•車輛總數：40列（三節編組）
•設計壽命：30年
•暱稱：南瓜
•備註：
•2005年12月～2010年4月時候為三節編組（Mc+Tp+Mc）運營
•該批所有列車均設單點式閃燈路線圖，但後來改成LED顯示屏。
•該批大部分列車只在3號線（天河客運站-體育西路）和10號線（體育西路-天河客運站）運營。
•製造商：中國南車株洲電力機車
•塗裝：車頭類似飛機形狀，車身兩邊顏色以白色為主，另有一條橙色飾帶。
•設計時速：120 km/h
•車輛編成：6節編組（Tc+Mp+M + M+Mp+Tc）
•製造年代：2009年
•電機傳動方式：VVVF交流傳動
•車廂：鋁合金車體，車身寬2.8米，長19.98米
•車輛總數：25列（遠期再增購26列，總數為51列）
•設計壽命：30年
•暱稱：飛機
•備註：
•該批所有列車均設連續式閃燈路線圖，均有主線和支線兩段的閃燈。
•列車鏇轉電機聲音與三節編組列車不同，跟上海軌道交通11號線列車的鏇轉電機聲音一樣。
•首批增購的25列六節編組新車，在交完列車後繼續生產第二批（即26列）。
•主要在3號線運營，但會隨機抽調數列到10號線運營。
•後兩列車為國產化制動系統列車。
•列車編組符號意義：
•Mp—帶受電弓的動車
•M —不帶受電弓的動車
•Tc—帶駕駛室拖車
•Mc—帶駕駛室的動車
•T—拖車
•Tp-帶受電弓的拖車
營運時間
每天由天河客運站開出的首班車為6:10，尾班車為23:30；每天由體育西路開出的首班車為6:00，尾班車為22:55。
詳細如表
| 站名 | 首班車 | 末班車 | 可換乘線路 | 行政區 | 站台類型 | 開門方向 | ||
| 往西塱 （現往番禺廣場） | 往天河客運站 | 往西塱 （現往番禺廣場） | 往天河客運站 | |||||
| 西塱 | 1號線、22號線、廣佛線 | 荔灣區 | ||||||
| 廣鋼新城 | 佛山捷運11號線 | |||||||
| 東沙 | 海珠區 | |||||||
| 大幹圍 | ||||||||
| 石溪 | 廣佛線 | |||||||
| 東曉南 | 2號線 | |||||||
| 五鳳 | 11號線 | |||||||
| 中大南門 | ||||||||
| 濱江東路 | 19號線 | |||||||
| 東湖 | 6號線、12號線 | 越秀區 | ||||||
| 署前路 | 1號線、6號線 | |||||||
| 寺右新馬路 | 5號線 | |||||||
| 廣州大道中 | 預留給新線 | |||||||
| 天河路 | 1號線、3號線、13號線 | 天河區 | ||||||
| 石牌橋 | 06：21 | 06：21 | 23：38 | 23：16 | 地下島式站台 | 左側 | ||
| 崗頂 | 06：19 | 06：23 | 23：36 | 23：18 | ||||
| 華師 | 06：23 | 06：25 | 23：34 | 23：20 | 11號線 | |||
| 五山 | 06：21 | 06：28 | 23：32 | 23：22 | ||||
| 天河客運站 | 06：18 | 23：30 | 6號線 | 地下側式站台 | 右側 | |||
班次概況
本表所示的為廣州捷運3號線天河客運站至體育西路段的班次信息
| 線路 | 星期 | 峰期 | 時間段 | 行車間隔 |
| 天河客運站-體育西路 | 一～五 | 高 | 7:30～10:00，16:30～20:30 | 3分30秒 |
| 中 | 6:10～7:30，10:00～16:30 | 5分鐘 | ||
| 低 | 20:19～22:14 | 6分30秒 | ||
| 周六、日 | 高 | 7:45～20:30 | 3分53秒 | |
| 中 | 6:10～7:45，20:30～22:00 | 5分鐘 | ||
| 低 | 22:00～23:30 | 6分30秒 |
價值意義
廣州捷運10號線規劃據了解，捷運十號線呈東北至西南走向，起於現有的天河客運站，終於現有的西塱站，線路全長約25.46公里，均為地下敷設，主要行經城市核心區，貫穿天河商業中心、珠江新城、五羊新城、北京路文化核心區、東沙醫藥港、廣鋼新城等重點區域。值得留意的是，十號線建成後將與三號線天河客運站至石牌橋段貫通運營，換句話說，廣州捷運必須在十號線開通前對三號線實施拆解工程，將天河客運站至石牌橋段交由十號線運營，而三號線則只運營番禺廣場至機場北段，三號線到三號線北沿線將不再需要在體育西路換乘。據介紹，這樣將能提高三號線的運力，並有效緩解體育西路站的換乘壓力。
