广州地铁2号线是中国广州市地铁营运的路线之一，属于城市轨道交通系统。全线均位于地下，代表色为蓝色。全长31.8公里，大致呈南北走向，共设24座车站，1个车辆段和1个停车场。连接番禺区的广州南站至白云区的嘉禾望岗。车厢编制为六节。
目前的2号线大致呈南北走向，起始于番禺区广州南站，穿过洛浦板块西部、过珠江进入海珠区，经过海珠客运站、东晓南路，随后转向北进入江南大道，沿江南大道北上，在海珠桥西侧约50米处穿越珠江。经过海珠广场、广州起义路至人民公园，而后转向人民公园西侧，经连新路过东风中路再穿过越秀公园、解放北路、广州火车站至白云区的三元里大道与广园西路交汇处，再经白云区的白云新城（旧白云机场）中轴线和广云路大致向东北行进，掠过白云山西边，最终到达嘉禾望岗站。
2号线有一个和3号线合用的嘉禾车辆段，位于嘉禾望岗站东北边。2号线使用该车辆段的南半部。同时亦使用大洲停车场，位于广州南站西北偏北。
2号线的控制中心设于公园前站上盖物业内的公园前控制中心，与1号线、8号线共用。
1987年，当时的广州市政府准备引入法国资本进行地铁建设，当时出现了四个方案，征求市民意见后，最终形成了“十字线网”的规划。当时“十字线网”中的2号线规划（新市至赤岗），和之后出现的旧2号线相差无几。
1997年出现的《广州市城市快速轨道交通线网规划研究（最终报告）》，已经确定拆分1987年方案中的2号线，出现了现有新2号线的雏型，不过当时北段是沿机场路和106国道行走，同时在黄石路口分成两支：一支继续沿106国道到达现时新白云机场；另一支沿广花路，到达江高镇一带。南边则在南洲转弯到后滘村。
后来在2000年方案中，该线经过修改，江高支线被取消，往新机场的一段亦被缩减至嘉禾，嘉禾至新机场的一段改为以新的机场快线代替，机场快线最终更成为3号线的一部分。三元里以北也改为沿旧白云机场中轴线行走。原嘉禾以南的机场路和106国道段则于2008年的规划中改为现14号线的一部分。而南部则改为延长至广州新客站（现广州南站），南洲至后滘村的路段成为广佛线的一部分。在2003年方案中，该走向基本定型。
当时由于海珠区南部仍未进行开发，客流不足，而新港路沿线一带需求较大；以及为了服务位于琶洲的广州国际会议展览中心，决定先新建2号线的三元里至江南西段，以及8号线的琶洲至晓港段。两段通过两条联络路轨贯通，并采用2号线的名义进行运营。在江南西和晓港之间预留拆解条件，方便在合适时机进行拆解，成为两条独立线路进行运营。
1998年7月28日，旧2号线首个工点海珠广场站动工。2001年2月14日，市二宫站北风亭人工挖孔桩施工过程中，由于水管渗漏，导致孔壁倒塌，一名施工人员当场被埋，送院后证实不治。2001年8月19日，三元里站III号通道施工时，一施工人员进行隧道清底作业时，被突然倒塌下来的全风化岩击中头部，并被倒塌土方掩埋，后证实死亡。事故发生后，承建商福建省平潭县第四建筑工程公司没有按规定及时上报，并企图隐瞒事故。2001年8月23日，客村站封顶，工程进入高潮，该站在动工后才确定为2、3号线的换乘站（现为3、8号线换乘站）。2001年9月5日，二号线铺轨工程于公园前铺轨基地开工，整项工程将铺设约53公里的轨道。2002年11月29日，第一列车（编号2x4344，现改为01x059060配属1号线）的两节列车从德国空运到广州白云机场。
2002年12月29日，2号线首通段三元里至晓港段共九站八区间开通试运行，该段长8.9公里。公园前站亦于当日成为广州地铁首个换乘车站。当时由于配属列车刚刚开始到货，数目不足，需要从1号线借调六列列车来使用。后来因应旧2号线晓港至琶洲段调试的需要，2003年1月29日，全线（旧2号线）通信OTN传输网调试成功。2003年5月8日开始，首通段停止服务50日，进行全线设备系统大联调。2003年6月28日，晓港至琶洲段（现该段属于8号线）与首通段贯通投入服务，至此旧2号线全线通车，长度为18.28公里。2003年11月28日，首列二号线国产列车在长春下线。
2005年7月21日，江南西站附近的海珠城广场基坑发生倒塌事故，由于担心危及2号线安全，旧2号线市二宫—中大区间停运23小时58分钟。
随着2号线调整工程：琶洲至万胜围段与3号线首通段，4号线大学城专线段于2005年12月26日一同投入服务，增加了客村和万胜围两站分别作为与3号线及4号线的换乘站。客村站是当年动工后才被确定是换乘站，因而紧急停工更改设计。万胜围站则直接被建设为换乘站。随着五号线在2009年12月28日下午两时通车，广州火车站成为了2号线与5号线的换乘站。
直到拆解前，旧2号线的路线呈“L”型走向，起始于海珠区新港东路，然后向西，穿过华南快速干线、黄埔涌、新港中路，过客村立交进入新港西路，再穿晓港立交，沿昌岗东路向西延伸，随后转向北进入江南大道中，沿江南大道北上，在海珠桥西侧约50米处穿越珠江。经过海珠广场、广州起义路至人民公园，而后转向人民公园西侧，经连新路过东风中路再穿过越秀公园、解放北路、广州火车站至白云区的三元里大道与广园西路交汇处。
旧二号线的车辆段为赤沙车辆段，位于磨碟沙站东南。
2004年底2、8号线延长线工程试验段：8号线沙园站和2号线南洲站动工。2007年6月，该工程获得国家发改委批复，8月全面动工。该工程将会把旧2号线拆解，并分别往南、西及北三个方向延长。2009年7月19日，2、8号线盾构1标隧道贯通，标志着2、8号线隧道全部洞通。2010年3月22日，广州市轨道交通2、8号线延长线轨道工程短轨全线贯通。2010年3月30日，2、8号线延长线供电设备完成吊装。2010年6月16日，2号线北延段开始热滑。
2010年9月21日晚，从三元里站开往万胜围站的末班车结束服务后，旧2号线的服务正式告一段落。22日至24日，旧2号线停运，进行轨道拆解、信号，受流割接工程以及联合调试。
2010年9月25日清晨，三元里至江南西段正式和晓港至万胜围段分拆，后者各站正式改属8号线车站，而前者与三元里至嘉禾望岗站以及江南西至广州南站段连接，贯通成为新2号线运营。同时2号线改为使用嘉禾车辆段及大洲停车场，赤沙车辆段则拨归8号线使用。旧2号线正式拆解为两条独立的线路。拆解后的2号线与8号线于江南西站与晓港站之间新建的昌岗站换乘，南行列车在离开江南西站之后，不再前往晓港站，改行一段新建的铁路路段前往新的昌岗站。然后再大致往南，最终以广州南站作为终点。自此，新2号线全线正式通车。
至于连接江南西站及晓港站的两条路轨，往三元里方向的路轨已经改为联络路轨，目前仅供工程车或车务调动使用。而往万胜围方向的路轨因为与新建线路平交，故已被拆走，隧道也同时被废弃，并用砖墙封起，与运营中的线路分隔。
2012年1月2日晚上约6时半，2号线广州火车站一架扶梯运行中突然损坏，梳齿板断裂变形，所幸未造成人员伤亡。后经调查，事故是由于扶梯梳齿板在承受了过重外力的情况下，被一枚行李箱拉链头卡住，而乘客硬拽被卡的行李，导致梳齿板翘起直至断裂。
2012年7月17日晚，首列国产牵引传动系统A型列车（内部型号A5，编号08x103-08x104）上线营运。
2013年1月8日起，2号线率先实施大小交路的运营方式。地铁公司称其为“早高峰短线”，于早高峰期间增加三元里至江泰路短线（小交路）。随着2号线北段客流增加以及14号线的开通，2019年12月20日起，短线行驶区段变更为嘉禾望岗至江泰路。
2号线全长32公里，共设24座车站，1个车辆段和1个停车场。其中公园前站为广州地铁系统中首个换乘车站，该线全线车站在建成时就安装了屏蔽门。
另外，本线在飞翔公园至黄边沿途各站（萧岗站除外）均采用侧式站台，同时两边站台均设有闸机，连接互不相通的地下独立站厅，两个站台由位于站台上方或下方的地下付费区联络通道，透过楼梯连接，而江夏站和黄边站亦提供地下通道连接非付费区，其余车站则建议乘客从地面前往另一边的出入口。
目前，2号线除了常规长线车（即往返广州南站至嘉禾望岗站之间）。工作日早高峰会在嘉禾望岗至江泰路区段加开“早高峰短线”，以及在每逢周日疏导夜间广州南站客流的加班车。
现时2号线所有列车在报站前均增加广播，提醒乘客列车即将开往哪个方向，全线车站站台显示屏均有显示接下来三班列车的尽头站和到达时间。
2号线工作日每天早上7:30至9:30期间，在江泰路至嘉禾望岗区段加开“早高峰短线”。并与常规长线车釆取2+1制度（即每两班长线车开出后，第三班列车为短线车）。在此期间，江泰路至广州南站段行车间隔为3分21秒，嘉禾望岗至江泰路段行车间隔为2分14秒。
2号线于2013年1月8日开始于早高峰加开三元里至江泰路的早高峰短线。但随着北延段沿线客流增长以及嘉禾望岗站成为三线换乘站带来的客流压力，运营方在2018年暑运起，早上高峰期在嘉禾车辆段出库的小交路列车会直接在嘉禾望岗站起载，以加密北延段（嘉禾望岗至飞翔公园）早上高峰期往市区的班次密度。
后来在2019年下半年，运营方开始试行三种不同方案的早高峰行车安排：
最终确定2019年12月20日工作日起，现有的短线车正式延长至嘉禾望岗。
2017年起每逢周日，广州南站往嘉禾望岗站的常规末班车开出之后，会于23:45和翌日00:00再开出两班加班车，供广州南站夜间高铁抵站乘客接驳进入市区。加班车中途只停靠洛溪、昌岗、公园前、广州火车站，并以嘉禾望岗为尽头站。乘客抵站后均无法换乘其它地铁线路，只能出站换乘其它交通工具。
而在春运返程及临近节假日末期的时候，将会视情况加开一至两趟加班车（例如2018年春运返程期间，会在翌日00:45再开出一班加班车）。
2号线走向与广州老城区传统中轴线相近甚至重叠，途经广州老城区多个核心地带，包括传统和新兴商业区（如公园前、海珠广场、江南西等）、各新旧住宅区以及多个老城区重要地标。同时2号线直接串连广州火车站和广州南站两大火车站、以及多个陆路交通枢纽，间接连接新白云国际机场（通过换乘3号线），广州火车站至昌岗一段更可与多条重点市区线路换乘。目前2号线更是深入连通珠江南北两岸老城区的唯一一条地铁线路。在拆解前更可直接联通琶洲会展中心，以及新港路沿线各住宅区，成为海珠区来往珠江北岸老城区的重要通道；拆解后改为连接海珠区西南部、洛浦地区西部和白云新城各新兴住宅商业区，以及广州南站，继续起到连接珠江两岸老城区的重要南北向大动脉的作用。
因此2号线在开通后客流量已相当可观，随着广州地铁线网其它线路陆续开通并与2号线实现换乘，2号线客流与日俱增，现时日均已达150万人次的水平，为广州地铁各线之首，每逢春运及节假日，通过2号线前往广州火车站、广州南站和新白云国际机场的乘客更会进一步推高2号线的客流。而随着白云新城的发展日趋成熟，居住人口不断增加；以及14号线开通后，沿线经嘉禾望岗换乘进入2号线往老城区通勤的客流，都令北延段在工作日高峰的客流不断上升。
综上所述，2号线全天候的载客量都居高不下。虽然2号线在早晚高峰实施多项增加运力的措施，但在广州火车站至昌岗一段，列车和车站站台仍然非常挤逼，乘客等候多班列车才能上车的情况更是家常便饭。
目前，2号线全线使用由南车株洲电力机车制造的A型地铁列车，分别为2010年1月18日投入原2号线营运的国产A型地铁列车（A4型列车）以及2012年7月17日投入服务的广州地铁国产牵引传动系统A型地铁列车（A5型列车）。目前A4型全数营运2号线，A5型现时则大部分列车营运2号线，部分列车会根据需要调配。
两车均采用6节编组，车头均为弧形设计，涂装均以白色为主调，列车车身两边各有一条深紫色的饰带。由于两列车投入营运时间不同，车辆细节亦有较大差异，例如A4型所有列车在车门上方设有连续式闪灯路线图，A5型所有列车在车门上方设有红色LED显示屏和贴纸路线图等，详见各列车条目的列车特点简介。
每年春运期间，广州火车站周边的流花地区皆会全天候聚集大批候车旅客。受2008年中国雪灾影响，这一年春运期间有200万人滞留在火车站广场及周边地方，亦有不少人在广州火车站地铁站滞留。为避免此况重现，当局于2009年春运起使用位于琶洲地区的广州国际会议展览中心作为春运持票旅客异地候车点。因此，当时连接会展中心和广州火车站的旧2号线便被政府要求为异地候车旅客提供免费的列车服务，从会展中心发送到广州火车站。此服务便被称为春运专列。
为免影响市民的通勤，需要异地候车的火车班次皆为晚上开出。每晚繁忙时间之后，位于会展中心地区的新港东站会封闭北边站厅，专供异地候车旅客登车前往广州火车站。普通载客列车将适时在往三元里方向不停站通过新港东站；而作为春运专列的列车，在新港东站上客后，将不停站通过沿途各站直达广州火车站。
2011年至2012年，由于线路拆解后，异地候车依然在琶洲会展中心。但广州火车站与新港东站已分属2、8号线，而且两线仅保留了晓港站至江南西站的联络路轨，如继续开行直通列车，列车从8号线前往2号线后无法直接在下行返回8号线，实施起来难度很大且有安全隐患。故春运专列作出了改变：
春运专厢实施期间，2号线广州南站至广州火车站将封闭上行列车前3卡车厢以及站台对应的位置，8号线万胜围站至昌岗站将封闭上行列车后3卡车厢以及站台对应的位置。期间昌岗站的楼梯换乘通道亦将封闭供异地候车旅客专用，普通乘客只能改为绕行大厅换乘。
从2013年起，为减少对普通乘客的影响，春运专列运行模式有所改变。
2015年，春运不再启用琶洲异地候车，因此广州地铁也不再开行春运专列。
由于2号线的规划已宣告结束，广州南站和嘉禾望岗站都没有预留延伸的条件，故在可预见的将来，2号线不会有继续向南北延伸或开辟支线的规划。而换乘站则随新线路开通而继续增加。
