1865年(同治四年)，英国人杜兰德在北京的宣武门外，修建了一条500多米长的窄轨铁路，使用1台小型蒸汽机车牵引着3节车厢在轨道上来回行驶。这个冒烟会叫的怪物，让男人头上还拖着辫子的中国百姓惶恐万分。辜鸿铭在《清代野史》记为：“诧所未闻，骇为妖物，举国若狂，几致大变。”很快，这段只用于广告宣传而非交通运输的铁路，就被清政府勒令拆除。尽管短寿，但宣武门外的这段铁路，毕竟是北京有史以来最早出现的铁路。
（第一节）铁路干线
近代的北京铁路主要干线只有京奉铁路、京汉铁路、京张铁路、京承铁路等4条。
一、京奉铁路
京奉铁路，又称“平奉铁路”、“北宁铁路”，“关内外铁路”等。它是由唐胥铁路(唐山至胥各庄)向东西两面逐段展筑而形成的。由于京奉全线为逐段修建，故次第出现多个路名(见图81)。
1881年(光绪七年)11月，中国第一条运营铁路——唐胥铁路建成。该线长9.7公里，轨距为1.435米。此后，唐胥铁路向西南展筑，先后展筑至阎庄、芦台及天津；向东北则展筑至山海关。这样，津榆铁路(天津至山海关)由此形成。
1895年(光绪二十一年)12月6日，清政府批准李鸿章的奏请，决定筹拨官款修建津卢铁路(天津至卢沟桥)，同时设立津卢铁路局，并委派胡燏棻为督办大臣。1895年(光绪二十二年)，津卢铁路展至北京丰台。次年，再由丰台展至右安门外马家堡。同年，还修筑了丰台至卢沟桥支线。津卢铁路全长139公里，共耗白银394万两。
1900年(光绪二十六年)，八国联军攻占北京，关内外铁路各段先为俄国、德国、日本和英国等帝国主义列强瓜分，后来侵略者们又重新划分势力范围：关外铁路归俄国，关内铁路归英国。
1901年(光绪二十七年)，英军出于军事运输和控制北京的目的，强行在城墙上凿开豁口，将津卢铁路北京一端的终点由马家堡展筑至永定门内，再经东便门至正阳门外东侧，并修建了正阳门东站。至此，津卢铁路改称“京津铁路”，包括既有的津榆铁路，北京至山海关铁路全线连通，总长为422.3公里，轨距采用英国标准为1.435米(4英尺8英寸半)。
由于英军的司令部设在天坛，因此英军还将铁轨由马家堡铺进了中国皇家的禁地——天坛，并修建了天坛火车站。1902年(光绪二十八年)4月，马家堡至天坛的铁路被拆除。另外，英军还修建了由东便门至通县(今通州区)的铁路支线。
1902年(光绪二十八年)4月29日，中英签订了“交还关内外铁路章程”等协定。根据协定，英国应于1902年(光绪二十八年)6月1日以后，将其占据的京津、津榆及其侵略期间续筑的东便门至通县(今通州区)、正阳门至马家堡的铁路，一并交还中国。
1907年(光绪三十三年)6月1日，京奉铁路全线通车，邮传部遂饬令将关内外铁路改名为“京奉铁路”。民国十七年(1928年)6月，因国都迁至南京，北京改称北平，京奉铁路亦改称“平奉铁路”。1929年4月，因奉天省已改为辽宁省，平奉铁路又改称“北宁铁路”。
京奉铁路由北京至沈阳，全长843.12公里，它是北京通往东北的第一条铁路。京奉铁路在北京地区的车站有：正阳门东、东便门、永定门、丰台、黄村、安定和万庄站。支线有：由东便门至环城铁路的联结线，长0.528公里，可使火车直达西直门；丰卢支线(丰台至卢沟桥)，长约19公里；丰柳支线(丰台至柳村)，长4.046公里；京通支线(东便门至通县——今通州区)，长22.8公里。
二、京汉铁路
京汉铁路，又称“平汉铁路”，是北京通往南方的第一条铁路。
京汉铁路的历史可以追溯至清朝光绪六年(1880年)。时任台湾总督的刘铭传向朝廷奏请修建4条铁路，其中就有一条由北京经河南至汉口的铁路。光绪十五年(1889年)4月1日，两广总督张之洞奏请缓建津通铁路，改筑“自京城外卢沟桥起，经河南达湖北汉口镇”之铁路，并呈明修筑卢汉铁路的8大好处。后清政府采纳了张之洞修建卢汉铁路的建议，并将其调任湖广总督，与直隶总督李鸿章会同总理海军衙门筹建卢汉铁路(见图82)。
光绪二十三年(1897年)1月，清政府在上海设立中国铁路总公司，委派盛宣怀为督办大臣。光绪二十四年(1898年)6月26日，盛宣怀在上海与比利时银团签订《卢汉铁路比国借款续订详细合同》及《卢汉铁路行车合同》，借款金额为1亿1250万法郎(合450万英镑)。
卢汉铁路建设分南北两段进行，其中卢保段(卢沟桥至保定)由英国工程司金达主持，于光绪二十三年(1897年)4月动工，光绪二十五年(1899年)1月完工。卢保段全长132.7公里，轨距为1.435米。光绪二十四年(1898年)10月，卢汉铁路工程统一由比利时公司接办。光绪二十六年(1900年)八国联军侵占北京后，由英、法、比3国军队共同将卢保段展筑至北京西便门和正阳门，并设正阳门西站。
光绪三十二年(1906年)4月1日，卢汉铁路全线告竣并改称“京汉铁路”。该线自北京正阳门西站至汉口玉带门站，全长1214.5公里。
京汉铁路在北京地区的车站有：正阳门西、西便门、跑马场、卢沟桥、长辛店、南岗洼、良乡县、窦店、琉璃河等站。支线有：坨里支线(良乡站至坨里石子山)，长约16.3公里；周口店支线(琉璃河站至周口店煤矿石灰矿区)，长15.2公里；广安门支线(西便门站至广安门站)，长8公里；丰台支线(长辛店站至丰台站)，长10公里，该支线将京汉铁路与之后建成的京奉、京张铁路衔接连通。
京汉铁路建设与运营初期，管理权基本为比利时公司所控制。直到1909年(宣统元年)，清政府还清借款，路权才回归中国。
在修筑京汉铁路的同时，还修建了隶属于该路的长辛店铁路工厂。该厂初建时设备简陋，后于民国元年至十三年(1912-1924年)扩建了锻工、轧钢、锅炉、车辆修理等分厂并增添机器设备。该厂是民国十二年(1923年)2月4日京汉铁路大罢工的发源地之一。同月7日，长辛店及郑州、汉口参与罢工的铁路工人遭到军阀吴佩孚的血腥屠杀，此事件史称“二七惨案”，亦称“二七大罢工”。
民国十七年(1928年)6月，因国都迁至南京，北京改称北平，京汉铁路亦改称“平汉铁路”。日本占领北平期间，将正阳门西站至卢沟桥间铁路拆除，平汉铁路北平始发站改为丰台站。
三、京张铁路
京张铁路，自北京至张家口，是北京通往西北的第一条铁路，也是首次完全由中国人投资、设计、施工的铁路。京张铁路的大功臣，就是被誉为“中国铁路之父”的詹天佑(见图83和图84)。
光绪三十一年(1905年)2月，清政府批准关于官办京张铁路的奏请。同年5月，京张铁路局在北京成立(局址在阜成门外)，陈照常任总办，詹天佑任会办兼总工程司。光绪三十一年(1905年)5月初，詹天佑便着手京张铁路工程的筹备工作。他首先聘请留美的同学颜德庆和邝孙谋分别主持青龙桥和西直门的工程。此外，他还罗致了一批已积累10余年实践经验的北洋武备学堂铁路工程班的毕业生，如俞人凤、陈西林等，以及若干山海关铁路学堂的毕业生。由此，詹天佑组成了一支全部为中国人的工程技术队伍(见图85)。之后，詹天佑便率队自丰台镇柳村京奉铁路60号桥为起点开始了京张铁路的实地勘测。
光绪三十一年(1905年)10月，京张铁路开工，全路分3段修筑：第一段由丰台至南口，长55公里，起点为丰台站以东的柳村60号桥，光绪三十二年(1906年)9月30日竣工通车；第二段由南口至岔道城，长16.5公里，京张铁路最险要的关沟段与最关键的工程——八达岭隧道皆处于此段(见图86)，光绪三十四年(1908年)5月22日竣工通车；第三段由岔道城经怀来、宣化至张家口，长129.7公里，光绪三十五年(1909年)7月4日铺轨至张家口。同年9月，京张铁路全线竣工。
宣统元年(1909年)10月2日，京张铁路通车典礼在南口隆重举行，与会者包括邮传部等清政府官员、各界名流、各国驻京使节等约1万余人。北京特备专列接送参加典礼的中外来宾，上午8时30分，列车由西直门站出发，经清河、沙河站，于9时45分抵达南口。
剪彩通车仪式随后在南口站剪彩棚内举行，直隶口北兵备道二品顶戴成和为通车剪彩，邮传部尚书徐世昌、京张铁路总办兼总工程司詹天佑等先后发表演说(见图87)。
京张铁路是第一条由中国人自己设计、投资、施工修筑的铁路，全长201公里，工期为4年，比原计划提前2年。
京张铁路在北京地区的车站有：丰台、广安门、西直门、清华园、清河、沙河、昌平、南口、东园、居庸关等站。支线有：京门支线(西直门至门头沟)，长约25.96公里。
修筑京张铁路时，还创建了南口铁路工厂，该厂主要承担机车车辆及其配件的修理任务。
早在京张铁路通车前的宣统元年(1909年)10月，张绥铁路(张家口至绥远——今内蒙古丰镇)就已开工，民国十年(1921年)5月该线通车。此后，张绥铁路继续展筑至包头。绥包段于民国十年(1921年)10月开工，民国十二年(1923年)1月1日通车。至此，京绥铁路自丰台至包头段全线通车，总长度为817.9公里，时称“京绥铁路”。1928年6月28日北京改北平后，京绥铁路随之改称“平绥铁路”。
民国二十三年(1934年)4月10日起，平绥铁路客运列车的始发站由丰台改至正阳门，经环城支线(见下节)至西直门站。
四、京承铁路
京承铁路是日本侵占中国期间修筑的铁路。1937年9月动工修筑，次年4月1日竣工通车。该线起自通县双桥站，经顺义、怀柔、密云、古北口终至承德，由京古及承古两段构成，全长约248.5公里，在承德与锦承铁路(锦州至承德)相连接。它是继京奉铁路之后，由北京通往东北的第二条铁路干线。
修建京承铁路的想法由来已久。早在光绪三十二年(1906年)，热河都统便提出修建北京至热河(承德)的京热铁路计划。宣统二年(1910年)1月30日，东三省总督代表第六镇统制吴禄贞(见图88)在条陈中亦曾奏请修筑由北京出古北口经承德府的铁路规划。
民国二年(1913年)，北洋政府交通总长朱启钤应热河都统熊希龄之请，派京奉铁路总工程师英国人李吉士为主任，与交通部技士王清先等人分两路勘测北京至热河的铁路线并拟定了两个筑路方案。东线方案：由通州经三河、蓟县、遵化、出喜峰口经平泉至承德。西线方案：由通州经顺义、密云、出古北口经滦平至承德。民国八年(1919年)7月，交通总长曾毓隽派京汉铁路副总工程师王咸等人对京热线重新勘测，12月将全线草图及报告上呈交通部，并推荐西线方案。以上所有或计划或规划或方案，皆因财政拮据国库空虚、帝国主义列强干扰、世界大战爆发及国内局势动荡等而被搁置。
“九·一八事变”后，日本霸占了东北，并于民国二十二年(1933年)4月修建了锦古线(锦州-承德-古北口)金岭寺至承德段。民国二十六年(1937年)日军侵占华北后，“满铁”(南满洲铁道株式会社)承包了通古段铁路工程。民国二十七年(1938年)3月31日，通古线通车运营，该线长126.7公里。承古线亦由“满铁”承包建设，工程于民国二十六年(1937年)8月20日动工，民国二十七年(1938年)11月通车运营，该线长106公里。
通古线于民国二十七年(1938年)6月15日与通州支线(东便门至通州)合并，改称“京古铁路”。京古铁路自北京东便门经通州至古北口，正线全长142.5公里，先由“满铁”
北支事务局(天津事务局扩大而成)管理，民国二十八年(1939年)4月后改由伪华北交通株式会社管理。
民国三十五年(1946年)，京古铁路怀柔至古北口段被拆除。
（第二节）铁路支线及车站
一、铁路支线
(一)坨里支线
坨里(今属房山区)位于北京西南部。这一带盛产煤炭，清末修建卢汉铁路时，应煤矿业主的请求并由其投资顺带修建了一条运煤铁路，即坨里支线，长约16.3公里。该线自良乡站外保定方向2.6公里处京汉铁路复线区间出岔，向西直达坨里，光绪二十九年(1903年)4月开工，次年7月竣工通车。
民国九年(1920年)12月，京汉铁路卢沟桥至琉璃河复线拆除，出岔点移至良乡站。
民国三十三年(1944年)，坨里支线被拆除。
(二)周口店支线
周口店(今属房山区)位于北京西南部。清朝末年修筑卢汉铁路卢保段(卢沟桥至保定)时，决定修建周口店临时便线以运送筑路所需石料，后发现该地区产煤，于是在勘测设计中改为永久性铁路。
周口店支线由卢汉铁路琉璃河站南侧接轨，终点至周口店，长约15.2公里，光绪二十三年(1897年)开始勘测，次年4月铺轨通车。
周口店支线开始由比利时公司负责经营。光绪二十六年(1900年)义和团运动时，该线曾遭破坏。八国联军入侵北京后，比利时公司请法国军队将线路修复。
宣统元年(1909年)，周口店支线随同卢汉铁路一并收归国有。
(三)门斋支线
斋堂(今属门头沟区)位于北京西部，是京西一个重要产煤区。这里由于地处深山，运输十分不便，出产的烟煤只能用牲口驮运到山外的门头沟火车站，路上要耽搁大约两天时间。
民国八年(1919年)8月，官商合办的斋堂煤矿股份有限公司董事会决定，呈请交通部修建一条长约63公里由门头沟至斋堂的运煤铁路，并定名为“门斋铁路”。
门斋铁路是北京地区第一条民办铁路。该线于民国十二年(1923年)完成勘测设计，次年4月正式开工。门斋铁路由两段主线和支线构成：
第一段主线自门头沟站至清水涧口，长25公里。自清水涧口至板桥为门斋铁路支线，长8公里。第一段主、支线合计33公里，于民国十六年(1927年)7月竣工。
第二段主线自清水涧口至斋堂，长30公里，于民国十七年(1928年)1月开工，同年(四)京门支线
门头沟位于北京西部，这里煤的储量甚丰。早在光绪二十四年(1898年)7月，顺天府尹胡燏棻向光绪皇帝上书，建议为缓解京城煤炭供需矛盾，平抑市场煤价，将修建中的京汉铁路从卢沟桥向北修建一条通往门头沟的支线，以解决京西煤炭的外运问题。后因种种变故该工程被搁置。