为了加大对北部地区的影响力，遏制西方列强在国内的势力，清廷的部分官员考虑自己修的可行性。
特别是关内外铁路（后来的京沈铁路）建设后盈利颇丰，所以时任直隶总督兼关内外铁路总办的袁世凯与会办胡熵棻联合向清廷提出，可以利用关内外铁路的营业收入来修筑京张铁路，得到批准后开始建设起来。
1905年清政设立京张铁路局，詹天佑任会办兼总工。第二年升为总办，主持全路修建事宜，袁世凯负责筹集资金。最初预算是500万两白银，计划从关内外铁路收入中每年支出100万两，拨付四年，另外筹集80多万两即可筹齐。
但实际耗费远远超过预算，袁世凯在原来的基础上每年追加30万两，仍由关内外铁路收入支付。最终耗费729万两，1909年8月11日京张铁路竣工，全长约200公里，和关内外铁路接轨。
这是中国自主修建的铁路，也是中国人自己勘测、设计、施工的第一条铁路。不过修建时，没少遭西方人阻挠和挖苦。通车时，共有客车35辆，车体为木质，装饰全部是中国元素。另外，铁路沿线标示全部采用中国苏州码子计算方式。
我们小学课本里学到的，由詹天佑设计了“人”字形线路，就是从南口到八达岭岔道城的关沟段铁路，和作为“人”字形线路的折返点的青龙桥站，如今都被保留下来，成为了我国爱国主义培训中心，大家旅游的时候可以乘坐观光线去逛逛。
2019年4月13日我国开始计划将京张铁路旧线改造成一条长约9公里京张铁路遗址公园，目前京张铁路遗址公园的起点，五道口已经面向市民游客使用。但是老京张铁路，在抗日战争和解放战争中损毁严重，尤其是平津战役主战场都在平绥铁路附近，所以部分京张铁路路段也遭到了严重破坏。
