2000年初，經過多次論證，鐵道部拿出270km/h高速列車產業化項目報告，並提交原國家計劃委員會，當年下半年，國家計委以2458號文件正式批準立項，同時列入國家高新技術產業化發展計劃項目。該文件明確這是中國具有完全自主知識產權的高速列車，並命名為“中華之星”。2001年4月，鐵道部下達“270km/h高速列車設計任務書”，確定了列車的總參數，由此拉開了“中華之星”自主研發的序幕。中國工程院院士、南車集團株洲電力機車廠高速研究所所長劉友梅被任命為該項目的總設計師。在鐵道部下達的設計任務書中，對“中華之星”的用途有很明確的說明：京沈快速客運通道主型列車，未來高速鐵路的中短途高速列車和跨線快速列車。“中華之星”的立項明確是以“產業化”為目標，預計用兩年左右時間，達到年生產15列“中華之星”的能力。按照規劃，“中華之星”項目總投資1.3億元人民幣，其中國家撥款4000萬元，鐵道部投資4000萬元，企業推進，“中華之星”項目集中了當時國內鐵路機車車輛制造和研發的最核心力量進行聯合攻關。“中華之星”的研發工作集合了南、北車集團旗下的四大鐵路機車車輛企業（株洲電力機車廠、大同機車廠、長春客車廠、青島四方機車車輛廠）、四大科研院所（中國鐵道科學研究院、株洲電力機車研究所、四方車輛研究所、戚墅堰機車車輛工藝研究所）和兩個高等院校（西南交通大學、中南大學）。其中，株洲電力機車廠和大同機車廠分別負責研制壹臺動力車，長春客車廠負責研制4節拖車，四方機車車輛廠負責研制5節拖車。
2001年8月，“中華之星”項目通過了技術設計審查，開始進入試制階段。在隨後壹年多的試制階段，四個主機廠制造的動力車和拖車分別在西南交通大學國家牽引動力重點實驗室的滾動試驗臺上通過了330km/h、400km/h速度的模擬動力學試驗。
2002年9月，“中華之星”動車組集結在位於北京東郊的中國鐵道科學研究院環行鐵道試驗基地，開始進行列車編組調試。試驗期間，動力車頭的各項功能測試完成，包括牽引、制動、電空聯合制動等基本功能得到了驗證，隨後又完成了機車調試。當年11月，“中華之星”分別在北京環行鐵道試驗基地和秦沈客運專線上進行了高速綜合性能試驗。
2002年11月27日，“中華之星”在沖刺試驗達到321.5公裏的最高時速，創造了當時中國鐵路試驗速度的最高記錄。2002年11月28日 時任鐵道部部長傅誌寰視察並計劃試乘中華之星，列車在先進行的空車試驗中，駛回基地前出現A級重大故障：因進口部件（車輛軸承）溫度高達109℃觸動了車載軸溫報警系統。於是決定停止試驗。
從2003年1月起，“中華之星”開始在秦沈客運專線上進行線路運行考核。中華之星自2003年4月載客試運營，截止到2004年12月，“中華之星”在秦沈客運專線累計運行53.6萬公裏，創造了目前中國鐵路新型機車車輛試驗運行考核裏程最長、運行考核速度最高的紀錄。期間出現過故障，但最終“經受了新產品最嚴格的試驗和考核”。2005年初，“中華之星”在經歷了53.6萬公裏的線路運行考核，兩節動力車和9節拖車分別返廠進行“解體拆檢”，拆檢後沒有發現任何重大問題，可以確認整車和零部件狀態良好。
“中華之星”於2005年8月1日正式投入服務，來往沈陽至山海關之間，運營臨時準高速班次，配屬沈陽鐵路局。列車營運最高速度限制在160km/h。全程400公裏用時3小時。2006年8月2日，“中華之星”完成了最後壹次營運任務，車輛已停駛。
“中華之星”在2011年3月12日晚返回沈北，正在進行車體翻新及內部打掃工作。