เนื่องมาจากนโยบายขยายอาณานิคมของอังกฤษและฝรั่งเศส แผ่มาครอบคลุมบริเวณเหลมอินโดจีน พระองค์ท่านทรงตระหนักถึงความสำคัญของการคมนาคม โดยเส้นทางรถไฟ เพราะการใช้แต่ทางเกวียนและแม่น้ำลำคลองเป็นพื้นนั้น ไม่เพียงพอแก่การบำรุงรักษาพระราชอาณาเขต ราษฎรที่อยู่ห่างไกลจากเมืองหลวงมีจิตใจโน้มเอียงไปทางประเทศใกล้เคียง สมควรที่จะสร้างทางรถไฟขึ้นในประเทศเพื่อติดต่อกับมณฑลชายแดนก่อนอื่น ทั้งนี้เพื่อสะดวกแก่การปกครอง ตรวจตราป้องกันการรุกรานเป็นการเปิดภูมิประเทศให้ประชาชนพลเมืองเข้าบุกเบิกพื้นที่รกร้างว่างเปล่า ให้เป็นประโยชน์ทางเศรษกิจของประเทศ และจะเป็นเส้นทางขนส่งผู้โดยสารและสินค้าไปมาถึงกันได้ง่ายยิ่งขึ้น ดังนั้น ในปี พ.ศ. 2430 จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ เซอร์แอนดรู คลาก และบริษัทปันชาร์ด แมกทักการ์ด โลเธอร์ ดำเนินการสำรวจเพื่อ สร้างทางรถไฟจาก กรุงเทพฯ - เชียงใหม่ และมีทางแยกตั้งแต่เมืองสระบุรี - เมืองนครราชสีมาสายหนึ่ง จากเมืองอุตรดิตถ์ - ตำบลท่าเดื่อริมฝั่งแม่น้ำโขงสายหนึ่ง และจากเมืองเชียงใหม่ไปยังเชียงราย เชียงแสนหลวงอีกสายหนึ่ง โดยทำการสำรวจให้แล้วเสร็จเป็นตอน ๆ รวม 8 ตอน ในราคาค่าจ้างโดยเฉลี่ยไม่เกินไมล์ละ 100 ปอนด์ ทั้งสองฝ่ายลงนามในสัญญา เมื่อวันที่ 16 มีนาคม พ.ศ. 2430
พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวจึงทรงพระราชทานพระบรมราชานุมัติให้กระทรวงโยธาธิการว่าจ้าง มิสเตอร์ จี. มูเร แคมป์เบลล์ สร้างทางรถไฟหลวงจากกรุงเทพ ถึงนครราชสีมา เป็นสายแรก เป็นทางขนาดกว้าง 1.435 เมตร และได้เสด็จพระราชดำเนินประกอบพระราชพิธีกระทำพระฤกษ์ เริ่มการ สร้างทางรถไฟ ณ บริเวณย่านสถานีกรุงเทพ เมื่อวันที่ 9 มีนาคม พ.ศ. 2434 ซึ่งปัจจุบัน การรถไฟฯ ได้สร้างอนุสรณ์ปฐมฤกษ์รถไฟหลวงเพื่อเป็นอนุสรณ์สถานรำลึกเหตุการณ์สำคัญในอดีต และเพื่อน้อมรำลึกถึงพระกรุณาธิคุณ
ต่อมา ในสมัยรัฐบาลที่มีจอมพลป. พิบูลสงครามเป็นนายกรัฐมนตรีในขณะนั้น มีการประกาศใช้พระราชบัญญัติการรถไฟแห่งประเทศไทย ซึ่งประกาศใช้ในราชกิจจานุเบกษา เลขที่ 40 หมวด ก ฉบับพิเศษ ลงในวันที่ 30 มิถุนายน พ.ศ. 2494 และให้ประกาศใช้ตั้งแต่วันที่ 1 กรกฎาคม ปีเดียวกัน ดังนั้น การรถไฟแห่งประเทศไทย จึงถูกจัดตั้งขึ้นอย่างเป็นทางการ โดยเป็นหน่วยงานรัฐวิสาหกิจประเภทสาธารณูปโภค สังกัดกระทรวงคมนาคม และให้มีการโอนกิจการ ทรัพย์สิน หนี้สิน สิทธิ หน้าที่ต่างๆ รวมไปถึงพนักงาน ลูกจ้าง และสายงานทั้งหมด ของกรมรถไฟหลวง ไปอยู่ในการดำเนินงานของ การรถไฟแห่งประเทศไทย ในช่วงเวลาต่อมา
