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幼年便留学海外，他不曾忘却家国祖训；作为耶鲁大学最早的华人毕业生，他回到祖国之后却长期报国无门。他主持设计了中国第一条自主设计、建造的铁路，首创竖井开凿法和人形线路，震惊中外。在拥有先进技术的多国设计师束手无策的时候，他挺身而出，不断攻克难关，成为中国铁路之父、中国近代工程之父。这一切，皆源自于他对这个国家的爱，对这个民族的爱。
清朝末期，经过了太平天国运动和第二次鸦片战争的失败之痛后，掌握着统治大权的清政府中有一部分人开始思考，他们认识到中国的科技水平太落后、枪炮也太弱，这是导致中国不断挨打的根本原因。统治者担心如果继续这样下去会威胁到自己的江山安稳，于是便搞起了洋务运动，不断从国外购买机器，希望振兴中国的工业。曾经留学美国的爱国革新思想家容闳在此时提出了一项建议：选派一些学生去科技发达的美国，让他们掌握先进的知识和技术，学成回国后便可以报效国家。正处于洋务运动热潮中的清政府接受了这项建议，从各省甄选留学生。
1861年4月26日，詹天佑降生于广东省南海区一个世代为商的家庭，曾祖詹万榜、祖父詹世銮、父亲詹兴藩都是贩卖茶叶的商人。清同治十一年（1872），当清政府在广东挑选留洋幼童的时候，詹天佑刚好11岁，正符合条件。当时，由于人们对外面的世界并不了解，所以充满了畏惧，加上许多前往美国的华工都病死他乡，因此很多符合留洋条件的幼童家庭都不愿意将孩子送往遥远的美国。而且清政府还要求幼童家长签署出洋志愿书，上面写着倘有疾病生死必须各安天命，这更令大家不肯放心将孩子交出去。但詹天佑的父亲是一个走南闯北的茶商，见多识广，他知道这是一次难得的机会，便痛下决心将孩子交给了容闳，让他带着年幼的詹天佑前往上海。经过一段时间语言学习之后，詹天佑等首批赴美留学的30个孩子从上海出发，踏上了未知的旅程。
1873年，初到美国的詹天佑进入康涅狄格州威士哈芬小学开始学习，后来又进入纽哈芬希尔豪斯中学。1878年，以全校第二名的优异成绩中学毕业后，詹天佑在容闳的建议下考入了耶鲁大学雪菲尔德理工学院土木工程系，专门学习铁路工程。
在耶鲁大学学习的时候，詹天佑不仅成绩优异，而且喜爱运动。他与美国同学相处得极为融洽，经常和他们一起滑冰、钓鱼、打棒球。可是清政府只希望留学生掌握各种技术，非常忌惮他们受到西方思想的影响，所以严格限制留学生和美国学生之间的交往，学监不仅不准许他们打球，更会经常干涉他们的服装样式，不许留学生去教堂。年轻的留学生们在先进的现代文明感染下，逐渐无法忍受这种种束缚，他们不想穿着活动不便的长袍，有人甚至想剪掉难看的辫子。眼看学生们越来越难管理，清光绪七年（1881），清政府决定立刻召留学生回国，以免他们都成为异端。而此时，这些留学生之中只有詹天佑和另一个叫欧阳赓的同学获得了学位，完成了自己的学业。
光绪七年，在清政府的严令之下，离开祖国近十年的詹天佑回到了家乡。他满腔抱负，一心想着用自己在美国的所学报效国家。但当时的清政府腐败无能，对这批留学生并不重视。同年10月，詹天佑被派到了福建水师学堂学习驾船，清政府认为这批留学生大多数未能完成学业，因此要求他们重新学习。眼看自己的专长无处施展，詹天佑并没有气馁。他认真掌握军舰驾驶技术，以第一名的成绩毕业。中法战争爆发后，詹天佑还曾经走上战场，在闽江口和法国军舰激战六个小时。虽然战争最终以失败告终，但他的英勇得到了大家的赞扬。
清光绪十四年（1888），经开平矿务局留美同学邝孙谋的介绍，詹天佑来到位于天津的中国铁路公司，从事塘沽到天津铁路段的铺轨工程。虽然时任铁路公司总办的伍廷芳只让他给外国工程师做助手，但詹天佑依旧感到分外激动，因为他终于可以从事自己热爱又擅长的铁路工作了。
在铺设唐津铁路的过程中，詹天佑总是冲到一线，在工地指挥工程。他起早贪黑，带着工人努力工作，仅用了80天的时间就完成了交给他的铺轨工作。这项工程有一个关键性难题，它途径泥水很深的滦河，这给工程打桩带来了很大的难度。为了解决这个问题，清政府首先请来当时技术最先进的英国人，但因为施工时水流湍急，英国人败下阵来。于是又请来日本人，他们的技术并不比英国人高明，也以失败告终。最后，清政府只好无奈地请来德国人，虽然德国工程师带来空气打柱法的新技术，最后还是铩羽而归。
眼看工程告急，遍访高手却没有人可以解决这个问题，清政府无奈之下只好将这个任务交给了詹天佑。虽然大家都不看好，但詹天佑非常有信心。他仔细研究滦河的河床地质构造，进行多次调查和测量，最后找到了合适的筑桥地点，并决定采用压气沉箱法进行桥墩的施工。这种技术此前从未在中国使用，詹天佑谨慎尝试，终于让桥墩工程顺利完成，而整个滦河大铁桥工程也如期完工。经此一役，那些经验丰富的外国工程师们也不禁对这个年轻的中国小伙子刮目相看，向他竖起了大拇指。随着唐津铁路建成，詹天佑的名字逐渐传遍了大江南北。
在滦河铁桥修建中成名之后，詹天佑又承担了津芦铁路、关外铁路、女儿河桥梁、锦州铁路、萍醴铁路等工程，并全部交出了圆满的成绩单。
1905年5月，清政府交给詹天佑一个新的任务，由他担任北京到张家口的京张铁路总办兼总工程师。在此之前，中国的铁路都是承包给外国人来修建，京张铁路是中国人自主修建的第一条重要干线。这条全长200千米的铁路要经过燕山山脉，穿过许多险峻的山岭，其工程难度连英国工程师都望而却步，而清政府还对詹天佑提出三个要求：花钱要少，质量要好，工期要快。
要想顺利完成这项工程，首要一点便是选择合理的工程线路。为了调研线路，詹天佑冒着塞外的寒风，骑着一头毛驴，翻山越岭地测绘地形。为了取得全部的资料和数据，他几乎走遍了京张工程地区，最后才从三个方案里选择了最理想的一条线路。
在京张铁路的修建过程中，八达岭就像是盘踞在铁路线上的一头巨兽。詹天佑经过仔细考虑，决定采取分段施工和中距离凿井的方法。当隧道从两端分别开凿，虽然时间加快，却对精准度有了更高的要求。詹天佑亲自定线定位，检查每一个炮眼的距离和位置，确保了隧道顺利开凿。但铁路线不可能全部用隧道，还要设法让火车爬山，这又面临八达岭坡度过大的问题。
为了解决这个问题，詹天佑创造性地运用折返线原理，设计了一段人字形线路，让火车沿着斜坡上山，经过一段距离后再折返，然后朝着另一方向继续爬山。这样不仅降低了坡度，还省去了隧道开挖的成本，只需要两台机车一推一拉，就可以让火车安全通过。
1900年8月，京张铁路比原计划提前两年时间竣工。这条铁路共有4条隧道，125座桥和200多个涵洞，挖出2亿立方土石，工程浩大。以至于有人说：就算秦始皇看到这么高难度的工程也要被吓倒了！
京张铁路圆满完工让许多外国工程师目瞪口呆，中国人不借助外国人一丝一毫的力量便建成了此项工程，所有国人都觉得扬眉吐气。詹天佑为国争光，令清政府非常满意。詹天佑却谦虚地说：“这是上万名工人的力量所建成，并不是我个人的力量可以做到的。”
辛亥革命之后，詹天佑为了振兴中国的铁路事业，和同行们成立了中华工程师协会并被推举为会长。他积极培养青年工程技术人员，勉励年轻人要“精研学术”，更要“勿屈己而徇人，勿沽名而钓誉”。但是，由于政府的腐败，帝国主义侵袭中华大地，让这位爱国的天才工程师无法继续施展自己的才华。1919年4月24日下午，这位伟大的工程师在汉口去世，享年58岁。
虽然生逢乱世，但詹天佑的一生却充满不断挑战、从不屈服的战斗精神。他希望将欧洲的先进技术带来中国，更希望振兴国家，让中国人自立自强。
在登上长城的时候，他曾经感叹：“生命有长有短，命运有沉有浮，虽然生逢乱世无法，但所幸我的生命可以化成匍匐在华夏大地上的一条铁轨，为后来人铺设通往国家自强之道路。”这是一名铁路工程师的理想，更是近百年来所有中国人的理想，这个理想在今天化为逐步实现的中国梦，若詹天佑在天有知，也会感到欣慰。