新中国成立后，“修建高原铁路”一直是中华儿女共同的梦想。
上世纪50年代，被誉为“青藏公路之父”的慕生忠将军已带队就修建铁路的可行性展开调查和全线踏勘。1959年~1961年，铁道兵第一次踏上高原，揭开青藏铁路建设序幕，在海拔5000多米的风火山建成了最早的冻土试验工程，在格尔木以东几百里的荒原上摆开了战场。1974年~1978年，来自全国9个部委与19个省（区、市）的68家工厂、部队、研究所、设计院和大专院校的1700多名科技人员，齐聚青海，奔向高原，在全国范围内开展了轰轰烈烈的科研攻关大合作。与此同时，铁道兵6万大军再上高原，把铁路向西推进了800多公里，一直修到了昆仑山脚下的格尔木南山口。
1996年12月，中铁第一勘察设计院（以下简称“铁一院”）完成了进藏铁路规划；1997年再次全线踏勘，并于1998年、1999年相继完成预可行性研究和部分航空摄影测量。2000年6月，铁一院集结近700名工程技术人员，在格尔木到拉萨的1000余公里范围内展开初测；同年年底，与中科院共同组建的冻土科研队正式成立，向彻底解决多年高原冻土这一世界级难题发起冲击。2001年2月8日，国务院总理办公会议审议了青藏铁路建设方案。同年6月29日，青藏铁路二期工程开工仪式在拉萨和格尔木同时举行。
建设者积聚了近半个世纪的激情一下子像火山喷发一样迸发出来。
“全世界的铁路专家都将饶有兴味地密切注视这个项目。”“西方有许多人以玩世不恭和怀疑的态度对这一项目表示了欢迎。”这是当时英国《卫报》对中国修建青藏铁路的报道。显然，对于中国的努力，西方世界普遍并不看好。
青藏铁路二期工程全长1142公里，从格尔木南山口，直攀昆仑山，穿可可西里，过风火山，翻唐古拉山，进入西藏，直抵拉萨。其中960公里在海拔4000米以上，不但是全球最高的铁路，更是举世公认的“生命禁区”。在这样的环境中几年如一日地连续高强度工作，需要的不仅仅是奉献，横亘在建设者面前的更有多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱三大世界性工程难题。昔日的铁道兵，今天的中国铁建，作为青藏铁路建设的主力军，承担了包括一期工程在内的全线全部的勘察设计任务、72%的路段和所有海拔4900米以上越岭地段的施工任务。
温度的变化对冻土工程的稳定性有着至关重要的影响。时任铁一院院长林兰生回忆说，为攻克多年冻土这一世界性难题，铁一院“从2001年元月2日开始，每年都要在冬季和夏季，对青藏铁路多年冻土地段进行两次调查，对沿线布置的800多个测温孔进行连续地温观测。”
勘测期间，铁一院即对青藏铁路的550公里冻土区域进行了15.47万米钻探、380公里的综合物探剖面……在此基础上，铁一院成功绘制出世界上首个冻土地段地温分区图，将550公里冻土地段科学划分为从高温极不稳定到低温稳定的四种类型，结合不同地温、不同地质条件下的实际情况，有针对性地采取了以片石通风路基、碎石护坡、热棒等主动降温措施为主，铺设保温材料等被动防护为辅，以及以桥代路等一系列综合性工程措施，创造性地提出“冷却地基、主动降温、保护冻土”的全新指导思想。对冻土环境的分析由静态模式转变为动态模式；对冻土工程的处理措施由过去被动保温的模式转变为主动降温的模式；对冻土工程治理手段由过去的单一措施转变为多管齐下的综合治理措施。正是这决定性的“三大转变”和先期建设的5个针对不同冻土类型开展的试验段，以及大量新技术、新工艺的研发应用，保证了冻土工程的稳定可靠和青藏铁路的安全运行。
风火山隧道是一座“建在冰山上”的隧道，以轨面海拔4905米创世界纪录，自2001年10月开工至2002年10月贯通，未发生一起塌方事故。时任风火山隧道掘进队队长的任少强告诉记者，中国铁建二十局的建设者“攻克了冻岩爆破、低温混凝土灌注等10多项世界技术难题，打破了西方媒体‘青藏铁路过不了风火山’的预言。建成通车至今，风火山隧道不沉降，不开裂，不渗漏，成为世界高原冻土隧道建设的奇迹”。
时任中国铁建十八局青藏铁路副指挥的李正士说，青藏高原有着世界上独有的高寒草原、高寒草甸生态系统，繁衍着世界濒临绝种的各种珍稀野生动物，环境一旦受到破坏和扰动，就很难恢复。“我们管段就位于唐古拉山越岭地段和羌塘自然保护区，平均海拔近5000米。其中，唐古拉山越岭段最高点海拔5072米，是世界铁路的海拔最高点。为保护这里脆弱的生态环境，我们当时尽了最大可能缩小作业面。”
在我国铁路建设中，正是青藏铁路首次推行了环保监理制度，始终坚持与水土保持治理同步、与环境保护协调的原则，通过路基边坡植草、取土场植被恢复等一系列措施，有效保护了原始的高原生态系统和自然景观；对沿线星罗棋布的自然保护区，则普遍采用人为扰动最小、对自然景观影响最小的线位方案，甚至不惜为此延长线路、增加投资。时任铁一院青藏铁路指挥部指挥长李宁告诉记者，在不冻泉、楚玛尔河、秀水河等野生动物活动频繁的地段，青藏铁路建立了33条野生动物迁徙专用通道。这些通道，窄的500米，宽的达1000米，野生动物可以通过这些专用通道自由来往。在珍稀野生动物基因库的可可西里，路基被桥梁取代，野生动物们自由快乐地生活在原始生态的王国里。
依靠自主创新，青藏铁路在多年冻土、环境保护、行车指挥与控制等5个方面实现了11项重大创新，攻克了25项关键技术，取得了24项国家专利，获得了包括“国家科技进步特等奖”在内的几乎所有的工程类大奖。
铁一院副院长、时任青藏铁路总设计师李金城说，尤其值得自豪的是，青藏铁路首次研究采用的铁路综合移动通信系统、远程调度指挥系统、自动除冰融雪系统，以及率先在中国旅客列车上实现的污物零排放技术等一系列成果，“在之后的大规模高速铁路建设中得到广泛推广和应用，青藏铁路创造的一系列崭新的设计和建设理念，为中国高铁的横空出世和铁路全行业的技术进步发挥了重要作用”。
开通10年来，青藏铁路在冻土地区的运行速度始终保持在100公里/小时，远远超过世界同类铁路40公里/小时的平均速度。而藏羚羊的数量，也从铁路开通前的5万只增长到现在的30余万只。
2013年9月15日至18日，在巴塞罗那举行的国际咨询工程师联合会（FIDIC）百年庆典中，青藏铁路和美国胡佛大坝、英吉利海底隧道、悉尼歌剧院等享誉全球的著名建筑一道，成功入选“全球百年工程”。
