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桃园机场捷运，通称为机场捷运、机捷，是一条横跨台湾台北市、新北市、桃园市的捷运线，也是桃园捷运首条营运路线机场线，总工程经费接近新台币1200亿元，由中华民国政府全额出资兴建，为台湾第一个以提供机场联外交通为主要目的之捷运线、以及第一条有跳站停靠之营运模式的捷运线，不仅服务台湾桃园国际机场之联外交通，也兼具区域铁路的运输功能。营运长度51.03公里，为全台最长的捷运线。2017年2月2日接受团体搭乘，在2月16日开放给民众试乘，3月2日正式营运。站区及车厢内设有中华电信Wi-Fi。
该捷运线原为1996年起以BOT模式筹备的中正机场捷运，但因多方因素中止，2002年后改由中央政府建设，并合并当时规划中的桃园捷运蓝线路段，在2009年委由机场所在的桃园县（今桃园市）筹组桃园捷运公司来经营。政府自建路线大致沿用原规划，机电系统则改为钢轮标准轨距；建设计划名称为台湾桃园国际机场联外捷运系统（Taiwan Taoyuan International Airport Access MRT System）。
该捷运线的兴建规格为重型铁路，但以中型铁路规格营运。识别色为紫色，标志则来自栖息于该捷运线横亘之林口台地的台湾紫啸鸫。兴建单位为交通部铁道局（台北到三重段另交由台北市政府捷运工程局施工）。建设期达到10年，最初原计2010年完工，但因林口台地一段坡度极大，以至于低估直达车方案、号志达成率等风险，沿途高架桥与弯道也相当多，高难度工程造成的延误使通车严重滞后，正式通车时程经过6次变更，预算也增加到新台币1,277亿元；于2017年2月2日试营运、并在同年3月2日正式营运，较晚动工的中坜延伸线环北站至老街溪站预定2022年完成；老街溪站至中坜站预定2028年完成，受桃园都会区铁路地下化计划影响，目前进度大幅延宕。
机场捷运全长53.09公里，路线设计最高时速为110公里，但实际营运最高时速为100公里。营运模式分为分为直达车（Express）与普通车（Commuter）两种，车体涂装分别以紫色与蓝色识别。直达车自台北车站行驶至桃园国际机场第二航厦（直达加班车增停高铁桃园站以及环北站），途中仅停靠5个主要车站，路程34.03公里，约需39分钟；普通车则全线各站皆停靠，由台北车站至桃园国际机场约需52分钟，全程则为1小时22分钟左右，两车种班距皆为15分钟。另外于台北车站及新北产业园区站提供旅客预办登机及行李托运服务。
路线沿途横跨台北市、新北市、桃园市等3个直辖市；自台北市中正区台北车站起，沿台铁与高铁隧道北侧、郑州路南侧过淡水河后，进入新北市沿环河南路、疏洪东路河堤穿越二重疏洪道后，再沿台一线、新北大道、青山路。进入桃园市后续沿青山路、文化一路、八德路向西行，沿赤涂崎溪出林口台地，经过桃园国际机场后，沿着新街溪、领航北路、高铁北路、高铁南路、中丰北路、中丰路、中正路至中坜车站止。
在1990年代初期由于中山高速公路经常出现交通壅塞的情形而拖长旅运时间，加上台北市市中心与中正国际机场（今称桃园国际机场）之间，当时只有国道客运作为相互连结的大众运输工具。所以，当时的台湾省政府住宅及都市发展处便开始着手进行机场捷运路线方案的规划。
1993年新交通捷运股份有限公司将所规划的方案“中正国际机场至松山机场间新交通捷运线工程环境影响评估书”上报至行政院环境保护署，当时的路线规划是自台北松山机场、民生东路、民生西路、台北桥、新北大道，续沿今日机场捷运路线至桃园机场，但审查未有结论，便不了了之，惟于其替代方案中，已提出今日之三重段与台北车站段路线，仅其方案包含续沿承德路、民权东路至松山机场路段。
1996年10月中央政府决定以民间兴建营运后转移模式（即所谓的BOT模式）兴建‘中正国际机场联外捷运系统’（线色登录为紫线），并正式公告征求民间投资，并开放民间企业投标。
1998年长生国际开发公司击败另外四家竞标申请者取得兴建“中正国际机场联外捷运系统”（线色登录为紫线）的民间兴建营运后转移模式之30年特许经营权。其规划路线为台北捷运西门站－中正机场（亦称长生线），全长35公里，预定设立16个车站、辨识色为紫色；建设成本预计为新台币800亿元、加上区段征收约新台币2,000亿；长生公司所规划的路线，需要配合六处市地重划案、征收两处区段土地、以及1,200公顷的开发案；另有长1.9公里、预定设3个车站的林口支线；列车与轨道计划采用胶轮路轨系统并采用双复线设计、规划每列车为6节车厢，平均时速为40km/h、约可乘载450人；西门站及机场第二航厦于兴建时亦预留相关设计。1998年5月26日公布议约结果，由长生国际开发公司成为最优申请者，取得30年特许经营权，预计5年后（2003年）通车。
但由于长生公司及其母公司长亿集团的财务过度扩张，不时传出资金周转问题与融资困难的消息，因此机场捷运的兴建时程一再迟延。2002年12月31日长生公司与交通部高速铁路工程局召开会议，达成终止议约的共识，民间兴建营运后转移模式正式被宣告失败，长生公司亦于2003年解散。原本中华民国交通部有意寻求当初取得第2优先权的中华工程公司接手。然而台北县政府要求沿用长生线方案，中华工程则坚持采用当初自行规划、与高速公路平行、中途设站较少、无土地开发的路线。另因受到地方政治、既得利益团体、土地开发需求等因素，中华工程最终放弃承接。于长生公司解散同年，中央政府即决定收回民间兴建营运后转移权限，改以公务预算自行筹划兴建。
2002年底陈水扁政府决定收回民间兴建营运后转移模式，改以公务预算自行筹划兴建。起讫站（A1）改设于台北车站，终点站则因需要穿越中坜市区而拆迁不易，初期仅到环北站（A21）。改善后的轨道路线、爬升坡度、与车站设置计划等，大致沿用长生公司原有的路线规划，政府放弃胶轮路轨系统，并决定改采用钢轮路轨系统。然机电工程投标厂商之一的加拿大商庞巴迪公司曾提出国外研究报告，质疑其路线在规划与设计上，似未考虑沿线爬升坡度过大及弯度过弯的问题，进而质疑兴建可行性。不过，最后这项极高难度的机电工程计划，依旧由另一间投标厂商日本商丸红得标；“三重站－桃园机场－环北”段工程及机电系统亦于2006年2月27日开工，同年6月26日时任行政院院长苏贞昌为机场捷运工程主持动土典礼。
2005年9月7日关于中正机场捷运机电系统标总经费约260亿元的投标案在上午10时截止投标前，却传出国际大厂之一的加拿大庞巴迪运输对外宣称将退出竞逐行列，并质疑根据高铁局招标文件内容，未来机场捷运将有重大安全疑虑；高铁局则强调一切依程序进行，要求庞巴迪有意愿就公平竞争，没意愿就别在程序外耍小动作。不过路线“飞天遁地”的结果，导致了未来的通车的严重滞后。此外计划还有变数，依交通部高速铁路工程局原有规划三重站－台北车站段为高架路线，但台北市政府认为高架路线影响都市景观、土地利用、安全等问题，主张应以地下方式兴建。经双方协调后，台北市政府表示愿意负担改采用地下化所增加的工程经费，交通部也同意“三重站－台北车站”段改以地下方式兴建，并委托台北市政府捷运工程局负责该段的设计、施工与台北市辖段土地开发，土建部分完工后，再交由交通部高速铁路工程局续建。由于该段路线因此延后完工，因此“三重站－桃园机场－环北”段预定将先行通车，而此段因为机捷通车延后，最终结果是一并通车。本段“三重站－台北车站”段于2006年9月25日正式开工、土建工程则于2007年5月2日举行动土典礼。桃园捷运蓝线（机场－中坜车站）段，已经整并为机场线的一部分，只行驶普通车的路段。
台北双子星与机场捷运台北站共构工程则于2008年12月31日正式开工。
2009年2月13日交通部宣布桃园国际机场捷运将交给台湾铁路管理局经营，但时任中华民国总统马英九就任后，请交通部高速铁路工程局重新评估台北捷运公司、台湾铁路管理局等铁路业者经营的可能性，同年5月9日台湾铁路管理局确定无法经营，交通部高速铁路工程局评估由台北捷运公司或桃园县政府成立桃园大众捷运股份有限公司经营。
2008年12月交通部宣布机场捷运于2017年延伸至中坜车站。2009年5月12日于桃园县中坜市公所，举办“台湾桃园国际机场联外捷运系统建设计划”机场捷运延伸至中坜车站的综合规划案公听会。2010年3月15日行政院经济建设委员会讨论通过交通部陈报“台湾桃园国际机场联外捷运系统延伸至中坜火车站规划报告及周边土地发展计划”，设两站，均采用地下化方式设计，总工程费估约138.01亿。2016年因推动桃园铁路地下化，机场捷运中坜车站须修改设计向下移动，工期延后2年。
另外台北市政府捷运工程局协助规划，将原本高铁局规划的蓝线延伸至八德G01站，做为与绿线的共同端点站，但桃园市市长郑文灿上台后将中坜车站-八德段改为绿线的中坜延伸支线。
2018年12月底交通部审查时，因考量GE07站受限穿越新街溪地形影响，且转乘需步行120米等因素，故端点站改为桃园体育园区站。
桃园机场捷运系由中正机场捷运与桃园捷运蓝线两计划合并而来，前者原规划以BOT模式兴建台北－机场段，后者则为台湾省政府所规划的路线。在2003年政府决定收回自建后，桃园捷运蓝线的机场－中坜段并入办理，建设经费为新台币1,138.5亿元。中正国际机场于2006年9月6日改名为台湾桃园国际机场，原以旧称定名的计划名称亦随之作出相应修改。但先前签订的相关工程契约由于修改不易，表定工程名称仍维持旧名“中正机场联外捷运系统”。
此捷运线的台北车站－中正机场（今桃园机场）路段最初规划为台北捷运紫线，原由交通部采用BOT模式委托民间办理，后改为政府自办并交由交通部高速铁路工程局规划与兴建，同时将桃园捷运蓝线纳入工程范围（两案原本皆以今机场第二航厦站为端点），两线完工通车后将直通运行；营运事宜，经交通部依照《大众捷运法》的相关规范，采用“指定”方式交由桃园县政府2010年7月6日成立的桃园捷运公司来负责，并纳入桃园捷运系统，惟仍以紫色为该路线的代表色。开行直达车、普通车两种，其中前者可于35分钟内联络台北车站与桃园国际机场，达到快速输运旅客之目的。
2018年3月1日，部分直达车增停高铁桃园站及环北站。
因地方首长与民意代表极力争取，目前机场捷运仍在研拟于新北市三重区新设二重站（A2a站，预定地为二重抽水站附近）和泰山区新设辅大医院站（A5a站，预定地为新北大道五段287巷路口）之计划，主责机关为新北市政府捷运工程局，可行性研究已经于2017年6月提交交通部。此两站在机场捷运的规划中期便已经在讨论内，唯当时因通车时程之压力而不纳入第一期工程，但辅大医院站之站体预定位置留有较宽的高架桥墩施工预留点。
新北市政府捷运工程局综合规划科科长梁俐霜指出，A2a和A5a两站尚在可行性研究评估阶段，初步分析两站建设总经费约30多亿元新台币，中央政府补助比率估计约为三至四成。梁俐霜表示，可行性研究审查通过后才能再送综合规划报告，未来发展看中央政府审查进度而定，目前未有明确时程表。
(兴建中)
(最外股道尚未兴建)
林口站 紧急停靠站
环北站
台北车站、新北产业园区站与机场第二航厦站设置有行李处理设施，方便搭机旅客提前完成登机报到。而高铁桃园站亦预留有行李处理系统之空间，于未来扩充使用。机场第三航厦站于第三航厦启用后，由现行第二航厦卸载行李改为第三航厦处理。
每一节直达车厢设置三个行李架或座椅下方空间，可供乘客置放行李；每一节普通车厢设置二个行李架，以供乘客置放行李。
航班资讯显示系统包括航班资讯显示系统及报到柜台显示系统两大子系统，可显示离境和入境之最新航班资讯，台北车站、新北产业园区站、长庚医院站及高铁桃园站设有此系统。报到柜台显示系统设于台北车站与新北产业园区站之所有预办登机报到柜台，显示航空公司代理之名称、航空公司名称、及目前分配之报到柜台等。
台北车站之自助行李托运机台
机场捷运直达车行李架
台北车站之航班资讯显示系统
下表为各月/全年平均日运量。
原本的总预算是约新台币936亿元，机电工程由高铁局发包，约新台币260亿元。