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中国或许是世界上绝无仅有的加入铁路时代而后又短暂与之失之交臂的国家。如今，中国拥有全世界海拔最高的铁路——青藏铁路，拥有全球最密集的高铁专用铁路线，且政府还在雄心勃勃地继续扩展高铁线，使其成为国家交通基础设施的支柱。
中国的第一条铁路由欧洲贸易公司怡和洋行修建，意在改善吴淞港至上海的交通。这条铁路仅16公里长，却在1876年引起了巨大争议。极度保守的清政府官员不愿意修建铁路，唯恐铁路会使得大量以搬运为生的劳工失去生计。当时的一名官员担心铁路会引发动荡：“数千万以拉车拖船为生者，必将失去生计，或于沟壑中饥饿而亡，或于野林中落草为寇。”另一位官员担心会耗尽燃煤，他表示：“如此挥霍燃煤，则煤田竭也。”
当时中国的羸弱，意味着许多在海岸边设立了使团的欧洲国家及日本，能够轻易获取中国的财富而无需承担税赋。因此，中国人对于外国人的敌对情绪相当严重，铁路建设也一直未受到官方批准。最终，在吴淞铁路通车仅一年后，两江总督沈葆桢即勒令关停铁路，将拆下的设备运往台湾，任其荒废。
直到1881年，中国才开通了一条永久性铁路——唐胥铁路。这条铁路原计划以骡马为动力，长约10公里，为标准铁轨，连接了一座煤矿与距离首都北京约160公里外的胥各庄的运河。英国工程师金德（C.S.Kinder）负责项目建设，并负责调试中国的首列机车，它被命名为“中国火箭”号。然而，铁路革命的序幕并未就此拉开。清政府仍不愿意支持这种已风行全球的革命性交通方式。在1880年代，新铁路的修建鲜有进展。1884—1885年在中法战争中遭受挫折后，清政府才意识到现代化和洋务运动的重要性，也意识到铁路是发展的催化剂。于是，唐胥铁路又向北京方向延伸了32公里，并预计最终接通北京。然而，由于清政府的迷信，皇宫中的一场突发大火，被他们认为是神灵显现不满，因此这条铁路永远被搁置起来。
虽然有少量铁路得以修建，但在1894年中日甲午战争前，中国的铁路总里程仅为500公里，而同时期的美国已有28万公里。甲午战争的失利，终于激发了中国的铁路兴建热潮，这些铁路大多由外资以特许经营为基础而建成。尽管北京是铁路网络的中心，但其他边远地区也建设了许多服务于矿山的铁路。至1911年辛亥革命爆发，建立中华民国之时，中国的铁路已经达到9500公里，有了质的飞跃。但对于一个人口大国，这个数字依然太少，比同样贫穷但国土面积更小、铁路线本身也相对不足的印度还少了将近一半。
民国时期，由于一系列内战和1930年代的日本侵华战争，中国铁路发展的速度放缓，许多已有的铁路在各种冲突中遭到损毁。至二战结束之后，这个泱泱大国仅有2.25万公里可用的铁路。新中国成立之后，毛泽东大力投资铁路线建设，已有的线路得到修缮，新的线路得到修建，甚至延伸到地形复杂的山区。其后，铁路依然朝前发展，至20世纪末，中国的铁路网络已覆盖大部分国土。
然而，有一个未能填补的主要空白，遥远的西藏被北部的昆仑山脉和东部的念青唐古拉山脉与其他地区隔开。青藏高原地域辽阔，东西长约2400公里，南北宽约800公里，育有世界上最大的亚北极冻土带。说得委婉一点，此地绝非修建铁路的理想地带。西藏的道路一直匮乏，前往西藏的旅程总是危险重重。游客无论想从哪个方向进入辽阔的青藏高原，途中需要翻越的高山，都超过美国的任何一座高峰。
1951年，中国人民解放军和平解放西藏，在新中国成立之后，政府一直渴望修建一条直通拉萨的铁路。然而，资金的匮乏和技术的困难使得建设难以开展。有俄罗斯在永久冻土带上铺设贝阿铁路的惨痛教训在前，国际专家们认为，这条铁路根本无法建成。
西藏约占中国国土面积的八分之一，但在2000年之前，随着其他铁路线的完工，它成为中国唯一不通铁路的地区。政府启动的“西部大开发”战略，将进藏铁路纳为战略重点之一。
1984年，青藏铁路的前身——全长800公里的青海西宁至格尔木铁路建成通车。西宁一直以来都是通往西藏的门户。但将铁路延伸到拉萨的计划，却经历了十年之久的讨论。1999年，提出“西部大开发”战略，青藏铁路成为战略之重。然而，最优路线的选择却尚存争议。1960年代建成的格尔木是一座小城，从它通往拉萨是最短路线。但是，人们担心数百公里的永久冻土层是无法解决的技术难关。但其他路线更长，成本也更高。最公认的另一条路线是通过中国南部的云南省，但是与格尔木线相比，路程和建设成本都将翻番。最终，人们决定克服永久冻土层的技术难关，2001年，格尔木至拉萨1143公里长的铁路开工建设。在高海拔和偏远地区施工的难度，超过了以往的大部分铁路。此时已经进入21世纪，因此许多现代的技术得以应用，尽管如此，在建设伊始，进藏修路的铁路工人依然超过10万之众。为了克服永久冻土层的融化问题，铁路工程师们开发了一项在铁轨铺设之后冷却土地的技术，用一系列管道确保铁轨之下的稳定性。
工程从两端开始推进，轨道的铺设4年后完成，信号和其他设备的调试又花了一年。2006年7月，开工仅5年之后，青藏铁路全线盛大开通。该线路配有361节高海拔专用旅客列车车厢，配备特殊的浓缩氧气供应系统和紫外线防护系统。该线路每天可提供八趟双向客运服务。铁路的建设成本大约为40亿美元，这一数字有可能受到低估，因为工程浩大、克服永久冻土层等问题众多，精确计算成本存在难度。它在诸多方面已经打破了现有铁路的纪录：它超越了建于一个世纪前壮观的安第斯铁路，成为海拔最高的铁路。唐古拉山口的海拔为5072米，比秘鲁线高出近250米。唐古拉山站也成为世界最高的铁路车站。骄人的数字难以计数：长1338米、海拔为4905米的风火山隧道，是全世界海拔最高的铁路隧道；长度超过1100公里的格尔木至拉萨段，海拔超过4000米，其中桥梁675座，全长近160公里；有接近一半长度，约550公里长的铁轨铺设在永久冻土层上。
进藏列车使用的旅客车厢为专门设计，配备可供每位乘客使用的氧气设施。乘客在乘坐格尔木至拉萨段列车之前，需填写健康登记卡，每列火车还配备一名医务人员，以防健康人群都难以避免的高原反应。该线路的多条延伸线也在论证当中，它们均位于西藏，以期改善西藏通往全国各地的交通状况，并有可能连通尼泊尔和印度。该项目是中国政府所取得的最伟大成就之一，并且成为进藏旅游公认的路线。
中国以建设庞大的高铁网络来延续迟来的铁路扩张。高铁成为近年来中国另一项辉煌的铁路成就。1993年前，中国的火车平均时速仅48公里，在公路和航空业的竞争压力下，铁路开始推行一系列“提速”运动，于1990年代末将平均时速成功提高到160公里，但这还远远不够。政府决意为这个国家带来一套全新线路，以迅速改善铁路服务和国家基础设施。
中国开始着手建设时速超过200公里的全球最大高铁网络。除了少量旧线路改造，绝大部分为更高速度的新线路。《中长期铁路网规划》中提出建设四横四纵的国家级高铁网络，加上得到改造的已有线路，总计长度将达到12000公里。第一条快速客运专线——沿辽西走廊的秦皇岛至沈阳的“秦沈铁路”于2003年开通，时速达到200公里，并于2007年提速到250公里。其他线路紧随其后，数条线路为迎接2008年北京奥运会而及时开通，如时速350公里、连接中国北方两座最大城市北京与天津的“京津城际铁路”。2010年10月，中国开通了第15条高铁线——“沪杭高铁”。第二年，设计时速为380公里的“京沪高铁”也开通运营。至此，中国已拥有超过8000公里的高铁轨道，超过任何一个国家两倍以上。2011年7月发生的温州动车事故，导致铁路发展遭遇挫折，铁路建设一度放缓。由于事故造成乘客数量减少，怀疑的声音旋即出现：高铁规划是否应该推迟，甚至搁置？不过，到2012年，为了推动经济发展，铁路建设重新恢复，铁路乘客的数量再次攀升。至2013年，中国每天运营的高速列车达1580次，载送乘客133万人次，继续扩张的财力基础也已具备。中国规划到2020年，高铁网络总计达到25750公里，投资规模将达到3000亿美元。
青藏铁路、不断发展的高铁网络、庞大而扩增的城市地铁，牢牢确立了中国在21世纪铁路史上无可争议的先锋地位。