广州地铁21号线是广州地铁的路线之一，属通勤铁路。大致呈东西走向，连接增城区、黄埔区与天河区。代表色是深蓝色，是首批按照“大站快线”建设的线路之一。
2018年12月28日，镇龙西至增城广场段共26.2公里开通；剩余员村至镇龙西段共35.3公里于2019年12月20日开通。
21号线起于天河区的员村及天河公园西南角，经过天府路、棠德南路、大观南路及规划高唐大道，进入黄埔区（原萝岗区）科学城。再往东沿科学大道、开泰大道、科丰路和水西路行进，然后转入原广汕公路（324国道）东侧，穿越沿线山岭。随后大致沿原广汕公路（324国道）行进，经过东部山水新城、增城区中新镇、朱村镇（规划教育城），进入增城大道后于荔城街道增城广场终止。
而为了在开通初期与现有轨道交通衔接，初期线路利用11号线的区间由天河公园延伸至员村，待11号线开通时再拆解改回天河公园站起点。
线路全长约61.5公里，其中地下线长约40.1公里，穿山隧道6.8公里，地上线14.7公里。
线路设置镇龙车辆段（与14号线共用），位于镇龙站北侧；同时分别设置两座停车场：位于山田站以东的象岭停车场，和位于水西站以北的水西停车场。
广州地铁21号线黄村—水西段原本属于4号线北延段，2010年底，为促进东部的萝岗北部和增城的发展，这一段规划被独立并向两端延长，成为21号线。
2012年8月13日，环保部开始第二系环评公示，与此前公布的站点不同的是，从17个站点变成了18个，增加了智慧城站（现天河智慧城站）；此外，换乘站点也变成了7个，串联起9条地铁和城际。同年8月14日，环评公示修改，珠吉路站拆分为神舟路站和科学广场站（现科学城站）。从18个站点变成了19个。9月7日，环评公示再次修改。中新站西移，新增中新东站（现坑贝站）。同时，镇龙车辆段亦往南移。2013年5月6日，根据公开的施工监理招标公告，水西—长平站前区间改为地下。2015年4月29日，广州地铁发布车站设计招标公告，明确21号线再增加一个朱村东站（现朱村站）。
2012年4月13日，21号线现场查勘工作开展。2014年2月，二十一号线工程可行性研究报告获得广东省发改委批复，可以正式动工建设。截至同年6月底，已有10个车站和5个区间动工，其它工点亦在进行管线迁改和前期准备工作。
2018年7月30日，镇龙至增城广场段轨行区移交运营部门进行调试。
2018年8月，天河公园站主体结构封顶，标志着二十一号线所有车站完成主体结构工程。
2018年10月30日，镇龙西站至增城广场9个车站及轨行区从建造事业总部将属地管理权、调度指挥权、设备操作维护使用权移交给运营事业总部，随即进入运营调试阶段。12月26日广州地铁在微博公布，二十一号线镇龙西站至增城广场站将于12月28日12:28起开通试运营。12月28日12:28，21号线镇龙西站至增城广场正式开通试运营。
2019年1月，天河智慧城站至大观南路站盾构隧道完工，标志着21号线全线隧道贯通。
2019年5月31日，剩余段全线路轨贯通。6月10日，剩余段全线送电成功。剩余段部分车站及全线轨行区已于7月15日从建造事业总部陆续将属地管理权、调度指挥权、设备操作维护使用权移交给运营事业总部。从8月23日开始全线进行运营时刻表演练，首通段（镇龙西-增城广场）保持目前运营服务水平，图定快车在此段将停站，但不会开门载客；进入剩余段（员村-金坑）后所有列车不载客运行，只停站测试开关车门及站台屏蔽门。
2019年12月20日6时，21号线后通段（员村-镇龙西）正式通车。
21号线共设21座车站，其中地下车站17座，高架车站4座，共有7座换乘站。
此外，全线设置一段两场，在黄埔区九龙镇设镇龙车辆段，在黄埔区水西村南侧设水西停车场，在增城区山田村东侧设象岭停车场。
值得一提的是，神舟路站、水西站、金坑站、镇龙西站、中新站、朱村站、山田站会设置越行线。
21号线目前采取快慢车形式运营，普通车和快车开行比例为3:1。开行安排如下：
另外，现时工作日早高峰期间亦会开行一对往返员村－水西的短线普通车。
现时21号线所有列车在报站前均会提醒乘客该班列车的种类和方向，车载走字屏更会因应列车种类使用不同的颜色显示：慢车为红色文字，快车则为绿色文字。全线车站站台显示屏均有显示接下来三班列车的种类、尽头站和到达时间。
因全线班次均以普通车为主，超过半小时才有一班快车开出，现时快车停靠站各站均会公布途径该站的快车班次时刻表，供乘客参考。另外在节假日期间会启用不同于工作日及周六日的快车班次时刻表。
21号线在2018年底开通时只有东段线路，只能换乘14号线支线，未能直接进入广州市区。虽然当时14号线支线加开了镇龙来往嘉禾望岗的快车，以尽量缩短21号线沿线来往市区的时间，但因线路迂回，换乘次数多，对沿线居民吸引力有限。当时21号线客流仅以来往沿线镇街及荔城的乘客为主。
而2019年底全线正式开通后，因线路连接了广州市区、广州科学城和黄埔区、增城区北部的荔城等各镇街，成为联通广州市区和东部外围地区的重要交通途径，亦吸引了不少在广州科学城上班的通勤乘客，客流亦开始明显增加。全线开通运营首日，21号线客运量达23.49万人次，相较于12月13日增幅近19.43万人次。而快车模式亦同样受到乘客欢迎，不少长途乘客亦会特意查看时刻表以等候快车，从而节约乘车的时间。惟现时21号线班次仍较为疏落，早晚高峰期间来往市区和科学城一段更会出现拥挤的情况，员村至水西段在全线开通半年后的满载率最高超过100%，而全线的日均客流量由3.4万人次增加到18.1万人次，近80%的客流集中于员村至水西段。
21号线采用6辆B型编组，最高时速120km/h的列车。列车由中车株洲电力机车负责制造，除首列列车（21x001-21x002）于株洲主厂生产外，其余列车均在中车株洲电力机车公司属下的广州中车轨道交通装备公司生产。该批列车共生产33列（198辆）。
2018年1月25日下午5时左右，苏元至水西左线盾构区间，盾构机带压开仓动火作业时，焊机电缆线短路引起火灾，造成3名仓内工作人员失踪，而施救过程中土仓压力急速下降，掌子面土体失稳，突发坍塌，最后造成3人死亡。事故发生后，施工单位虚报意外发生时间是“2018年1月26日上午7时左右”，以及意外事件为“盾构机在换刀作业时隧道突发塌方”。该标段施工单位为中铁十四局集团有限公司，监理单位为广东至艺工程建设监理有限公司。
由于21号线进行进一步规划的时候，预计到在通车之时，途经21号线规划终点天河公园站的11号线和13号线两条市区线路仍未通车，导致天河公园尽头站成为“断头路”。同时途经大观南路站换乘的19号线属于远期规划线路，而分别于黄村和苏元换乘的4号线和6号线，因为运力较小亦无法承受较大的换乘客流。因此在初期将先行建设并借用属于11号线的天河公园—员村区间，暂时把该线与5号线交汇，从而令21号线接入5号线，更好地融入市区线网。待未来11号线开通前夕，天河公园—员村区间将会拆离21号线，回归成为11号线的一部分。
21号线增城广场站将预留延伸条件，未来可继续往东延伸，跨过增江进入东岸的增江街道及更远地区。
