广州地铁21号线的建设历程中，曾几度调整规划以适应东部的发展需求。原为4号线北延段的黄村-水西段，经过独立延伸，最终成为独立的21号线，旨在推动广州东部的交通网络升级。
2012年8月13日，环保部进行二次环评公示，原计划的17个站点增至18个，新增智慧城站，换乘站点增至7个，与9条地铁和城际线路相连。预计于2012年开工，2016年开通，对广州实现“东进”战略具有重要意义。环评期间，站点布局有所调整，如珠吉路站西移为神舟路站，新增科学广场站。
8月14日，环评再次修改，中新站西移至中新东站，同时镇龙车辆段南移。4月13日，现场查勘工作开始，确保线路规划的准确性。
然而，规划中地铁站附近的村民曾抢建17栋违建，试图利用地铁建设的机会获取补偿。2月1日，萝岗城管和九龙镇政府对金坑站范围内的违建进行强制拆除，共3500平方米。这些违法建设是在地铁沿线查勘工作全面展开后，部分村民为了补偿非法抢建的。在九龙镇城管队员的多次说服和执法行动下，2月1日，所有违建被顺利拆除，为地铁建设扫清障碍。
广州地铁21号线天河公园站，经大观路、科丰路、水西路，穿过北二环高速后沿既有广汕路向东北行进，往东穿过东部新城的萝岗九龙镇和增城中新镇，顺规划的新广汕路及旧广汕路向东经增城中新、增城朱村止于增城广场。线路全长58.7km，其中地下线长31.1km，高架线长22.4km。