泰肥铁路，又称“泰肥支线”，是山东省泰安市境内的一段铁路，位于位于泰安市区西部和肥城市辖区北部，由京沪铁路济南局泰山站（前称泰安站）西北端出岔西行，经过天平店、道郎、鱼池村、肥城、穆庄、陶阳站达肥城煤矿区的湖屯站终止，全长49.458公里，是单线铁路，是肥城矿业集团煤炭外运和肥城地区货物到发的运输通道。

全线位于泰山脚下，东高西低，由泰安市境内的丘陵区渐降为肥城县境内的平原地带。

1989年全线路更换DF4B-0290型号内燃机车。2004年，受到山东省公路运输快速发展的影响，泰肥铁路客运业务被取消。2006年，泰肥铁路所属的济南机务段泰安折反段开始更换泰肥线机车，由东风4B型柴油机车更换为东风4C型客货通用机车先期的东风4C型柴油机车。

2007年，计划开工的泰聊铁路计划推延。2009年4月，全国铁路调图，泰肥铁路机车交路及原济南车间东风4C型机车移交济南机务段兖州车间。济南车间原东风4B型机车货运任务由兖州东风4C型机车接替，届时泰肥铁路机车全部为东风4C。至此，济南机务段济南车间机车在肥城服务46年。

2011年10月15日，泰安市城市综合交通规划专家论证会在建设大厦举行，依据中国城市规划设计研究院编制的《泰安市城市综合交通规划》，提出利用泰肥货运铁路剩余运力，开行城际客车至肥城和聊城。2012年，泰聊铁路将开工建设，泰肥铁路将得到升级改造并恢复客运业务。