پس از انقلاب مشروطه که آغاز تبدیل ایران به «دولت-ملت» مدرن بود، دولتمردان ایرانی به فکر تاسیس راه‌آهن در ایران افتادند. این امر از جدای از ابعاد صنعتی و اقتصادی بسیار مهمی که داشت، دارای اهمیت سیاسی نیز بود. پیش از انقلاب مشروطه، ایران سرزمینی عشایرنشین با اقوام متفاوتی بود که مناطق مختلف آن عملا به صورت خودمختار اداره می‌شدند و دولت مرکزی نیروی آن را نداشت که نظم و قانون فراگیر در سطح کشور ایجاد کند.
دولت مرکزی نیرومند و دارای بوروکراسی و ساختار مدرن حکومتی، باید فکری برای این وضعیت آشفته می‌کرد. تا دوران رضاشاه پهلوی، هر منطقه و قومی بر وفق قانون محلی و خواست عده‌ای از متنفذان و زمینداران اداره می‌شد و کشور به معنای مدرن آن وجود نداشت. تاسیس راه آهن می‌توانست راه اتصال مهمی بین مرکز و مناطق مختلف باشد و اجرای قانون در سراسر کشور را تضمین کند.
ایده افتتاح راه آهن در ایران، از سال‌های پایانی حکومت ناصرالدین شاه قاجار مطرح شد. در سال ۱۲۶۱ اولین خط آهن ایران از تهران به شهر ری ساخته شد که در اصل باید آن را تراموا نامید نه راه آهن. امتیاز مسیر تراموا را یک مهندس فرانسوی به نام مسیو بواتال گرفته بود که در اصل نماینده یک شرکت بلژیکی بود.
ابتدا مردم تهران برای آشنایی با این پدیده جدیدی به محل گارماشین (نام محله‌ای در جنوب تهران دورهٔ ناصری بود که ایستگاه ماشین دودی موسوم به گار ماشین در آن قرار داشت) واقع در ایستگاه ماشین دودی بود می‌رفتند، ولی هیچ‌کس جرات و تمایل سوار شدن بر آن را نداشت.
مردم به قطار نام ماشین دودی داده بودند و تا زمانی که ناصرالدین شاه برای اولین بار با گروه زیادی از مقامات مملکتی با تراموا به شهرری مسافرت نکرد؛ اغلب مردم از سوار شدن به آن واهمه داشتند. این تراموای شهری مسیر کوتاهی داشت و مشکلی از مشکلات فراوان کشور را حل نمی‌کرد. برای مدرن شدن کشور و ایجاد زیرساخت‌های صنعتی و تجاری به راه آهن سراسری نیاز بود که ایده ساخت آن تنها پس از انقلاب مشروطه مطرح شد.
صنیع‌الدوله اولین رئیس مجلس شورای ملی کتابی نوشت به نام «راه نجات» که در آن از ضرورت افتتاح راه آهن گفت و نقشه خطوط ریلی در ایران را ترسیم کرد که با خطوط فعلی راه آهن تطییق دارد. میرزاقلی خان هدایت و حسین وثوثق الدوله نیز اقداماتی برای تاسیس راه آهن در ایران کردند، اما به دلیل ضعف بنیه مالی و نبود نیروی متخصص کاری از پیش نبردند. با توجه به رشد جمعیت کشور و فاصله چشمگیر ایران از دیگر ممالک مترقی، فقدان راه آهن و راه و جاده بسیار ضروری بود.
در سالی که رضاشاه رسما سلسله قاجاریه را منحل کرد و خود را پادشاه اعلام کرد، ساخت راه آهن نخستین اقدام مهمی بود که دولتمردان آن را آغاز کردند. در سال ۱۳۰۴ مجلس، لایحه راه آهن را تصویب کرد و دولت بلافاصله با شرکت‌های آلمانی، بریتانیایی و دانمارکی وارد مذاکره شد.
در نقشه راهی که مشاوران رضاشاه ترسیم کردند، مسیر اصلی راه آهن از خوزستان که منبع استخراج نفت ایران بود، آغاز می‌شد و تا شمال کشور و کرانه‌های دریای خزر امتداد می‌یافت. دلیل چنین انتخابی، اهمیت ژئوپولتیک شمال و جنوب بود.
از طرفی با افزایش جمعیت تقاضای داخلی برای استفاده از نفت بالا رفته بود و از طرف دیگر ایران برای ورود به کشتیرانی بین‌المللی نیاز به بندری مدرن داشت. این امر تاسیس راه آهن در جنوب را ضروری می‌کرد. در شمال هم کشور تازه‌جان‌گرفته روسیه که انقلابی عظیم را به خود دیده و به سرعت در حال رشد و پیشرفت صنعتی بود، گزینه مناسبی برای افتتاح خط آهن و تجارت به حساب می‌آمد.
از زمان مشروطه تا ابتدای سلطنت رضاشاه، مهمترین مانع ایجار راه آهن سراسری در ایران فقدان منابع مالی بود. رضاشاه این مشکل را به لطف دولتی و انحصاری کردن عواید قند و شکر حل کرد. به موجب این قانون مقرر شد از هر سه کیلو قند و شکر، دو ریال و از هر سه کیلو چای، شش ریال مالیات اخذ و درآمد حاصله از آن صرف هزینهٔ ساختمان راه‌آهن سراسری شود.
این امر در سال ۱۳۰۶ رخ داد و خط آهن خوزستان با آن تامین شد. موفقیت چنین طرحی باعث شد دولت عواید کالا‌های دیگری نیز به انحصار خود درآورده و با هزینه آن بنیان‌های توسعه در کشور را فراهم کند.
شرکت آمریکایی یولن و چند شرکت آلمانی از جمله بیلفینگر و زیمنس، پروژه خط آهن ایران را در اختیار گرفتند و بخشی از عملیات ساخت راه‌آهن را آغاز کردند. در سال ۱۹۳۰ و پس از تأخیر در پرداخت هزینه‌ها از سوی ایران، شرکت آمریکایی از ادامهٔ انجام پروژه انصراف داد.
در آوریل ۱۹۳۳ ایران قراردادی را با شرکت دانمارکی کمپساکس به امضا رساند. کمپساکس در آن زمان مشغول ساخت‌وساز راه‌آهن در ترکیه بود و رضاشاه توصیهٔ ترکیه در مورد این شرکت را قبول کرد. از طرفی آوردن یک شرکت از یک کشور کوچک هیچ‌گونه خطر سیاسی برای استقلال ایران نداشت.
کمپساکس برای اجرای بخش‌های این قرارداد، با ۴۳ شرکت پیمانکاری مختلف از اروپا، ایالات متحدهٔ آمریکا و ایران قرارداد بست. مهندسان کمپساکس عملیات در هر کدام از بخش‌ها را نظارت می‌کردند و عملیات را از دفتر مرکزی تهران هماهنگ می‌کردند. بنابر قرارداد لازم بود کمپساکس خط را تا ماه مهٔ ۱۹۳۹ تکمیل کند. خوشبختانه کمپساکس پروژه را زیر بودجه و پیش از موعد مقرر در قرارداد به اتمام رساند و حاصل کار موفقیتی چشمگیر برای ایران بود.
خط آهن جنوب تا سال ۱۳۰۸ گسترش یافت و در سال ۱۳۰۹ پل هزار متری کارون که بلند‌ترین پل فلزی آن دوران در خاورمیانه بود، افتتاح شد و راه‌آهن سراسری ایران به خلیج فارس رسید و سپس تا سال ۱۳۱۵ خط آهن به بندر ترکمن رسید و در سال ۱۳۱۷ توسط شاه و ولیعهد افتتاح شد.
این پروژه بزرگ در جغرافیایی ساخته شد که پر از پیچ و خم و ناهمواری‌های طبیعی بود و به حق از شاهکار‌های ساخت و ساز در تاریخ معاصر ایران به شمار می‌آمد. در زمان افتتاح، کارشناسان ارزش آن را حدود ۵۰۰ میلیون دلار تخمین زدند و پروژه سراسری راه آهن به گران‌ترین و گسترده‌ترین پروژه ایران معاصر بدل شد.
راه‌آهن سراسری ایران به هنگام افتتاح، ۱۳۹۴ کیلومتر طول داشت و موفقیتی عظیم برای ایرانیان به حساب می‌آمد. به‌گفته یونسکو، گستره و مهندسی این پروژه با سختی‌های خاص، به‌ویژه مناطق کوهستانی قابل توجه است، چراکه در این مسیر ۱۷۴ پل بزرگ، ۱۸۶ پل کوچک و ۲۲۴ تونل وجود دارد و دولت وقت ایران به جای استقراض یا تحویل کنترل پروژه به خارجی‌ها، از راه درآمد‌های مالیاتی این پروژه را به سرانجام رساند.
راه آهن بازار ایران را بر بنادر شمال و جنوب ممکن کرد و موجب تسهیل واردات کالا‌های خارجی و مواد مورد نیاز صنایع تازه تاسیس کشور شد. انتخاب مسیر آن نیز بسیار هوشمندانه بود چرا که خط آهن خوزستان باعث شد دولت مرکزی از میادین نفتی و درآمد‌های این منطقه بهره بیشتری ببرد و به مرور بندر خرمشهر بدل به بزرگترین بندر ایران شد. این امر بیش از همه به ضرر بریتانیا بود چرا که بریتانیا با بنی‌کعب و حکام محلی خوزستان رابطه خوبی داشت و نفت این منطقه را به راحتی در اختیار گرفته بود. اما ورود دولت مرکزی و کنترل میادین نفتی سهم بریتانیا را کاهش می‌داد.
باورمندان به نظریه توطئه اعتقاد دارند که دولت پهلوی خط آهن را برای منافع بریتانیا ایجاد کرد تا ایران تبدیل به کریدور متفقین شود. اما ایجاد خط آهن از نظر اقتصادی به ضرر بریتانیا بود و ایجاد آن به سال‌ها پیش از جنگ جهانی دوم بازمی‌گشت.
