Первые проекты тепловозов в России появились в начале XX века. В 1905 году инженер Н. Г. Кузнецов и полковник А. И. Одинцов выступили в Русском техническом обществе с докладом о проекте тепловоза с электрической передачей, названного ими «локомотив». Предложенная схема локомотива явилась прообразом тепловоза с электрической передачей, получившей в последующем наибольшее распространение. В 1906 году профессор В. И. Гриневецкий изобрёл оригинальный двухтактный нефтяной реверсивный двигатель, который мог работать без промежуточной передачи и предназначался для применения и на тепловозах. В 1912–1913 годах группой инженеров под руководством В. И. Гриневецкого был разработан проект тепловоза с газовой передачей (проект А. Н. Шелеста). На Ташкентской железной дороге в 1913 году Ю. В. Ломоносовым и А. И. Липецем был разработан проект тепловоза с электрической передачей. В 1916 году был создан проект поездного тепловоза, который выполнили Б. М. Ошурков, Е. Н. Тихомиров и А. Н. Шелест под руководством В. И. Гриневецкого.
Первый магистральный тепловоз был создан в СССР в 1924 году по проекту Якова Модестовича Гаккеля.
Первая железная дорога с электрической тягой появилась в 1879 году. Построил её Вернер Сименс. Длина этой дороги, демонстрация которой состоялась на промышленной выставке в Берлине, составляла 300 м. Электрический локомотив приводился в движение электродвигателем мощностью 9,6 кВт (13 л. с). В том же 1879 году в городе Брейль во Франции на текстильной фабрике Дюшен-Фурье была пущена внутризаводская линия электрической железной дороги протяжённостью около 2 км.
Идея использования электрической энергии для тяги рельсового транспорта в России была практически осуществлена Федором Аполлоновичем Пироцким, который в 1880 году построил рельсовый путь для вагона с электрическим двигателем. В те же годы в США прототип электровоза построил Томас Алва Эдисон.
В 1895 году в США были электрифицированы тоннель в Балтиморе и тоннельные подходы к Нью-Йорку.
В России, несмотря на ряд практических предложений и проектов, электрические локомотивы не производились вплоть до начала электрификации железных дорог, осуществляемой с 1924 года. Первый отечественный магистральный грузовой электровоз ВЛ19 (Владимир Ленин) построен в 1932 году, он был спроектирован на Коломенском заводе совместно с заводом «Динамо».
Первый пассажирский магистральный электровоз серии ПБ (Политбюро) был выпущен в 1934 году Коломенским заводом также совместно с заводом «Динамо».
В период между Первой и Второй мировыми войнами в ряде стран Европы фактически остановилось развитие железнодорожной сети. В Великобритании строительство новых железных дорог не велось. То же самое можно сказать о Чехословакии, Румынии и некоторых других странах. Однако сеть железных дорог Германии увеличилась примерно на 10 тыс. км.
Почти настолько же возросла длина сети во Франции. В СССР сеть увеличилась почти на 30 тыс. км. В Бельгии длина сети возросла на 1,5 тыс., в Швеции — почти на 3 тыс., в Испании — на 2 тыс. км. В Европе с 1913 по 1939 год протяжённость сети возросла на 89 тыс. км.
К началу Второй мировой войны примерно половина мировой железнодорожной сети приходилась на семь государств: США, СССР, Великобританию, Францию, Германию, Италию, Японию. В этих странах (кроме СССР и Италии) была достигнута очень высокая густота сети, во много раз превосходящая густоту сети стран Африки или Азии. В Европе наибольшую густоту железнодорожной сети имели Великобритания, Франция, Бельгия, Голландия, Дания, Германия, Чехословакия, Австрия, Швейцария. Менее развитая сеть была в СССР, Италии, Польше, Венгрии, Румынии, балканских и скандинавских странах. Железнодорожные линии сосредоточивались в промышленных районах.
Железнодорожная сеть СССР на 1 января 1938 года по протяжённости занимала второе место в мире и составляла 85,1 тыс. км. Основные железнодорожные линии меридионального направления связали Донбасс, Кавказ и Нижнее Поволжье с Москвой, Ленинградом и северными районами страны.
В широтном направлении важная роль принадлежала железнодорожным линиям, идущим из Москвы, Ленинграда и Донбасса на Урал и в Среднюю Азию. Большое значение имела Транссибирская магистраль, связавшая районы Урала, Сибири и Дальнего Востока. «Турксиб» обеспечил кратчайший путь из Средней Азии в Сибирь и на Дальний Восток. Но густота сети СССР была невелика.
После второй мировой войны железнодорожная сеть СССР стала восстанавливаться, а затем и возрастать. На 1989 год её общая длина составила 1234,9 тыс. км.
История рельсовых дорог в России