京张铁路起于北京丰台，经居庸关、沙城、宣化，终点是河北张家口，全长201公里。它建成于1909年，是中国第一条不使用外国资金及人员，由中国人自行勘测、设计、施工完成并投入运营的的铁路。

1842年，中英两国之间的第一次鸦片战争以中国失败、割地赔款而告终。1895年，中日甲午战争后，中国被迫签订了不平等的《马关条约》。此后帝国列强以开设、强迫贷款、投资铁路、开矿设厂等方式对中国实施经济侵略。从1895年到1904年，外国势力在中国取得了近一万公里的铁路修筑权。他们竞相在资源丰富的铁路附近设厂开矿，掠夺中国的资源，除攫取巨大经济利益外，还附有其他条件，比如控制铁路和沿线地区，以及运输军队等。到19世纪末，列强之间对中国铁路权的争夺更加激烈，甚至用武力威逼弱势的清政府把一条条铁路的修筑权让给他们。

面对京张铁路潜在的价值，英俄两国都想夺得修筑权。时任直隶总督的袁世凯利用英俄间的矛盾，再三磋商，终于在1902年与英国达成京张铁路由中国自行修筑的条约。1905年农历4月初八，袁世凯上奏朝廷，京张铁路关系紧要，亟宜及时开办。在得到清廷的同意后，袁世凯立即在天津设立京张铁路局，委派陈昭常为总办，詹天佑为会办兼总工程师，后兼任京张铁路局总办。

京张铁路1905年9月4日开工，詹天佑跟铁路员工一起，克服资金不足、机器短缺、技术力量薄弱等困难，出色地完成居庸关和八达岭两处艰难的隧道工程，1909年8月11日建成，10月2日通车，施工时间比原定的缩短了两年，建造成本也节省了28万两白银。总费用只有外国承包商过去索取价银的五分之一，可谓花钱少，质量好，完工快。1922年青龙桥火车站竖立了詹天佑铜像，1987年，附近建成詹天佑纪念馆。

建好的京张铁路始发自广安门车站，由西直门经沙河、南口、居庸关、八达岭、怀来、鸡鸣驿、宣化至张家口。路线中最困难的一段是南口至八达岭一带的关沟段，不单地势险峻，坡度亦很大。八达岭近青龙桥段，为了穿越燕山山脉军都山的陡山大沟，在22公里区段内采用了“之”字轨道，列车在用折返方法攀斜；但坡度仍达33.7‰，要由两部机车牵引。铁路上有四条隧道，其中八达岭隧道长1,091米，采用竖井方法挖掘；居庸关隧道长400米。另外有200米长的钢架结构的怀来大桥。

准确地说，“中国人自建的第一条铁路”，不是京张铁路，而是一段仅有37公里长的“祭祖”铁路。1901年，慈禧结束逃亡返回北京，途中第一次坐火车。火车给她留下良好的印象，她提出，两年后要坐火车到西陵祭陵。于是清廷紧急筹措修建京汉铁路高碑店站到梁各庄皇陵的支线。时任关内外铁路总办的“留美幼童”梁如浩主持此事，他推荐了詹天佑。詹天佑崭露头角，在不易施工的冰天雪地，工程迅速竣工。