清末明初之际，中国的铁路意识相当淡薄，1840年，鸦片战争结束之后，不少的人在西方的影响下，有了基本的铁路知识，随着洋务运动的掀起，铁路建设也正式划入了中国近代化运动当中。
洋务运动前期，以“自强”为旗号，引进西方先进的生产技术，创办了一批近代军事工业，在短短几年当中，中国就已经具备了铸铁、炼钢以及机器生产各种军工产品的能力，但铁路设计并不是铺上几条简简单单的铁轨就行。
1876年，英国资本家见清朝没有能力铺设铁路，就以发展贸易为由，获得了吴淞铁路的建筑权，吴淞铁路虽然促进了各自城市交通和经济，但英国资本家从中牟取了大量的利益，清政府不得不重新将吴淞铁路赎回，然而缺少维修和经营经验，在运行一年后，又将它拆除。
但中日甲午战争以及八国联军之后，西方列强为了谋取更多的铁路权益，一万多公里的中国路权先后被瓜分，他们按照各自的需要，分别修建了大一批铁路，占据了41%的经营额，为了能够自主发展。
留美归来的詹天佑，临危受命，必须建造一条属于大清帝国的国有铁路，詹天佑任官办京张铁路总工程师兼会办局务，他带领工程学员徐文、张鸿鹄从丰台起测量张家口，北京到张家口一代地形险要。
当时英俄也想要染指，但在勘测完地形之后，又觉得威胁程度实在太大，就放弃了，这对詹天佑来说同样是一个艰巨的问题，京张铁路是从南口北上，坡度非常大，铁路每升高一米，就要经过一百米的斜坡。
为了解决这个问题，詹天佑只能延长铁轨来减缓坡度，同时为了节省开支，詹天佑首创了“人形铁路”，为了保证动力供给以及平稳的运行，詹天佑改用两个火车头，一个火车头在前面拉，另外一个在后面推。
而想要通过山体，必须开凿隧道，1908年，在开凿八达岭隧道（长1091米）、居庸关隧道（长367米）时，使用了爆炸力强但又安全的拉克洛炸药，这也是中国首次开创隧道工程。
从1905年开始，到1909年，历时四年终于建成，京张铁路连接北京丰台区，经过八达岭、居庸关、沙城、宣化等地，全长200公里，这也是第一条由中国人自主修建，京张铁路的修建对中国有着跨时代的意义。
2009年是京张铁路一百年纪念，如今的京张铁路也是被选为中国工业遗产保护名录。