Начало строительства рельсовых дорог в России относится к концу XVIII века, когда первые лежневые дороги были проложены на железоделательных заводах, шахтах и рудниках. Первая рельсовая чугунная дорога была построена на Алтае в 1808-10 годах горным мастером П.К.Фроловым (Змеиногорская дорога). В 1834 году в Нижнем Тагиле на заводе Демидовых Е.А. и М.Е. Черепановы закончили строительство первого русского паровоза, который мог везти по специально построенной дороге состав весом в 3,3 тонны, развивая скорость до 15 верст в час.
Царскосельская железная дорога положила начало строительству сети железных дорог России. Тридцатого дня в 12 часов 30 минут октября 1837 года дважды ударил станционный колокол, протяжно прозвучал свисток паровоза, и первый поезд отправился по железной дороге общего пользования Санкт-Петербург – Царское Село. Длина дороги составила 25 вёрст (26,3 км).
На Царскосельской железной дороге был построен ряд искусственных сооружений, в том числе мостов, среди которых самый большой – через Обводный канал – имел длину 25,6 м. За рубежом были закуплены 7 локомотивов и различные экипажи для поездов: закрытые дилижансы на 40 мест, открытые шарабаны, линейки с мягкими сиденьями, кареты («берлины»). В 1838 году в Петербургском технологическом институте для Царскосельской железной дороги был создан паровоз «Проворный».
С 1837 по 1841 год было перевезено 2,5 млн. пассажиров. За этот период Царскосельская железная дорога дала казне чистого дохода 360 тыс. руб.
Значение Царскосельской железной дороги состояло в том, что на опыте её строительства и эксплуатации была практически доказана возможность бесперебойной работы железнодорожного транспорта в климатических условиях России во все времена года. Коммерческая эксплуатация дороги также на деле показала выгодность и целесообразность нового вида транспорта. Явившись первым опытом в организации железнодорожного движения в России, дорога дала существенный толчок развитию и широкой постановке железнодорожного дела в стране.
В 30-40 годах XIX века потребовал неотложного решения вопрос о соединении надежной дорогой Петербурга с центральными районами России. 1 февраля 1842 года Николай I подписал указ о сооружении первой русской железнодорожной магистрали Санкт-Петербург — Москва.
Летом 1843 года начались строительные работы. Дорога строилась по инженерно обоснованным параметрам, обеспечивающим наряду с экономической целесообразностью потребную пропускную способность с учетом перспективы. По настоянию П.П.Мельникова ширина колеи была установлена равной 5 футам или 1524 мм. Она стала стандартной для всех железных дорог России.
Русские инженеры уже в первые годы развития железных дорог выбрали широкоподошвенный рельс. На линии Петербург – Москва были уложены такие рельсы, изготовленные на Людиновском заводе. Впоследствии этот профиль рельса распространился по всем железным дорогам мира.
Первые рельсы изготавливались в основном из чугуна. Однако было установлено, что стальные рельсы изнашиваются меньше и равномернее, чем чугунные. Последние очень скоро перестали использоваться на железных дорогах. Профиль рельса за последние 140 лет изменился мало, зато его масса увеличилась с 20-24 до 75-77 кг/м. Следует отметить, что уже при строительстве дороги С.-Петербург – Москва шпалы пропитывали под давлением. На большинстве первых железных дорог укладывали непропитанные шпалы, древесина которых выходила из строя через 8-12 лет.
Основы организации тягового хозяйства и эксплуатации локомотивов на железных дорогах России были заложены в 1851 году, то есть с открытием для общего пользования Николаевской (ныне Октябрьская) железной дороги.
Дорога от С.-Петербурга до Москвы была разделена на восемь тяговых участков (тяговых плеч). За длину каждого участка было принято расстояние между «большими локомотивными стоянками», которые впоследствии были переименованы в «главные», или «коренные» депо. К депо для ремонта и обслуживания были приписаны грузовые и пассажирские паровозы.
В промежутках между «большими локомотивными стоянками» располагались «малые стоянки», где находились резервные паровозы на случай порчи локомотивов у проходящих поездов.
Первые тяговые плечи для грузового движения имели протяженность примерно 80 км, а для пассажирского – 160 км. При развитии железных дорог длину тяговых плеч увеличили. К началу 80-х годов прошлого столетия она возросла для грузовых паровозов до 120 км и более, доходя на отдельных дорогах до 260 км.
1 ноября 1851 г. состоялось официальное открытие движения на Петербург-Московской железной дороге. По ней пошли поезда, ведомые паровозами, построенными на Александровском заводе Петербурга. Размеры перевозок быстро росли. Уже в 1852 году дорога перевезла 719 тысяч пассажиров и 164 тысячи тонн грузов. Расстояние от Петербурга до Москвы — 650 километров — скорый поезд преодолевал за 12 часов.
В 1850-54 гг. на Александровском заводе в Петербурге были построены первые отечественные пассажирские вагоны.
Первые серийные грузовые вагоны в России начали выпускать в 1846 г. Они были четырехосными на двух двухосных тележках. Однако из-за того, что рама и кузов первых вагонов были деревянными, их грузоподъемность была невелика. Только в 1965 г. двухосные вагоны были исключены из обращения на железных дорогах СССР.
К 1860 году железнодорожная сеть России имела протяженность около 1590 км. После земельной реформы 1861 года и отмены крепостного права произошли изменения в экономике страны, способствовавшие разработке системы финансовых и административных мер, которые были положены в основу новой железнодорожной политики. В частности, был учрежден формально обособленный от госбюджета «железнодорожный фонд», что способствовало развитию железнодорожного строительства.
Периоды подъема строительства пришлись на конец 60-х – начало 70-х годов 19 века (в среднем в год сдавалось свыше 1,5 тыс. км) и на 90-е годы (свыше 2,5 тыс. км в год). К 1875 году было проложено свыше 20 тыс. км железных дорог, а к концу 19 века длина сети железных дорог России составила 53,2 тыс. км. В начале 1900-х годов было построено еще 22,6 тыс. км.
