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  在清代四川進藏主要有“商道”和“官道”兩條。“商道”從今四川西北的甘孜縣出發,經德格縣至西藏昌都卡若區(察木多),“官道”則從南部的康定縣出發,經巴塘縣和理塘縣入昌都察木多。1876年英國通過《煙臺條約》的《另立專條》取得由川入藏探訪路程的權利。接著在1897年2月英國在取得滇緬鐵路修築權後曾在《滇緬鐵路報告》一文中稱在之後修築鐵路還要從印度修到達物產豐富的四川以及中國的東部,在將來滇緬鐵路延伸到四川后與川漢鐵路相接,並一直延續到上海。  1897年5月6日香港《迴圈日報》刊載了一篇英國將要修築川藏鐵路的新聞,英方欲從印度北部修築鐵路穿過錫金到達西藏境內,但英方並未提出川藏鐵路具體走向。之後在1903年至1904年間英國發動了對西藏的第二次侵略戰爭,以西藏的戰敗雙方簽訂了《拉薩條約》。《條約》第九條將西藏的鐵路、電線、礦產等多項權力全部給予英方享受。在英國獨佔西藏鐵路權後,緊接著的1905年1月英國派人給四川總督岑春煊修建川藏鐵路的去函,函中擬定川藏鐵路走向為以駐藏大臣的拉薩駐地為起點,橫穿四川經康定後到成都。與此同時出於平衡與中亞地區競爭的俄羅斯帝國利益為目的,雙方利益於1907年8月簽訂了《英俄條約》,英國在藏的特殊利益得到俄國的承認,但至英國卻喪失獨自建設川藏鐵路的特權。  來自西藏的駐藏大臣以及鄰省的四川總督對西藏形勢有更敏銳的察覺。自1895年調任四川總督的鹿傳霖曾對英國在藏的舉動引起警覺,他曾向清政府遞交《密陳西藏情形可慮》折,在奏摺中分析了諸涉藏勢力和西藏的形勢,希望清廷多加關注。川藏的形勢也引起了當時的革命人士的關注,在1899年孫中山編制的《支那現勢地圖》中便規劃了川藏鐵路走向,從成都出發,經雙流、新津、邛崍、名山後至雅安,再經滎經、滎經清溪鎮至康定,後經理塘和巴塘入西藏境。1906年5月,時任四川總督的錫良和駐藏大臣有泰上奏朝廷希望修建從拉薩起、昌都、巴塘至康定後經雅安至成都的單線鐵路,並認為除加強國防還可發展商業。最後一任駐藏大臣聯豫則提出了川藏鐵路走向另一個更為詳細的方案,他從節省經費降低施工難度出發,提議大致沿康定以北的“商道”路線入藏。  1910年4月清政府在“固川保藏”思想下決定在川藏間修建為軍事服務的輕便鐵路,等到以後商業礦業發展了起來再重新修建,但在一年後因辛亥革命的爆發而中斷。

  民國初年後中國開始面臨嚴重的邊患危機。1912年8月27日孫中山與袁世凱討論邊患時,孫中山指出最重要的原因便是交通不暢。在其《實業計劃》中川藏鐵路被納入國家“高原鐵路系統”中。根據入藏傳統,孫中山完善了路線構思,一條由拉薩連線成都的“北線”:拉薩出經墨竹工卡一路到昌都的卡若和江達,東北向到四川的巴戎,沿雅礱江到甘孜,再經大小金川,最後經都江堰市來到成都。另一條由成都連線芒康的“南線”:南出成都到雅安,經天全到康定,一路向西經理塘、巴塘到西藏的芒康。同時孫中山也十分看重交通建設對帶動國家發展的作用,認為西藏“金產豐富”“以寶藏之名”,是因為“鐵路未能建造,遂令貨棄於地”,所以在規劃線路時孫中山將川藏鐵路與西藏內部鐵路以及西南鐵路實行互聯。

  雅安康定段、康定林芝段修建前,川藏鐵路副總體設計負責人夏烈在2018年初發表的一篇論文中對建設方案進行了比較,做出結論:“川藏鐵路地形起伏劇烈、地形困難、地質複雜、長大隧道眾多、車站設定條件差,遠期增建二線極為困難,有必要按一次性雙線鐵路建設。同時,鑑於川藏鐵路交通廊道的重要性,宜按高標準200km/h動車進藏考慮。24‰限坡方案投資雖然較多,但安全性高、運營維護成本低、運輸組織靈活,本文暫推薦採用24‰方案。”

  成雅鐵路朝陽湖至雅安段與成蒲鐵路將共同組成成雅鐵路客運通道。  川藏鐵路成都至雅安段即成雅鐵路,全長94公里,由成都樞紐成都西站引出,至蒲江站這一段為成蒲鐵路。在朝陽湖站連線川藏鐵路成雅段,經名山至雅安市雨城區的雅安站,長41.48公里,電氣化,國鐵I級,成都至朝陽湖段設計時速200km/h,朝陽湖至雅安段為雙線、設計速度160km/h。工程已於2010年11月10日開工建設。雅安市金雞關山的金雞關1號隧道是川藏鐵路出成都平原後的第一座隧道,全長480米,2015年9月26日完工。2018年8月7日成雅鐵路單線長鋼軌鋪通,計劃在8月20日實現雙線鋪通。  成雅鐵路於2018年12月28日開通;2019年1月5日0時起,全國鐵路將實施新的列車執行圖,其中新增成都至雅安鐵路安排動車組列車日常線10對、週末線3對、高峰線2對。

  川藏鐵路雅安至康定段工程前期準備工作已經於2010年初展開,可行性研究工作已經在2018年完成。

  康定至林芝段可行性研究工作預計在2019年完成。

  川藏鐵路林芝至拉薩段即拉林鐵路,全長435公里,從拉日鐵路協榮站引出,單線電氣化,並同步對拉日鐵路拉薩至協榮段32公里進行電氣化改造。拉林鐵路設計速度160km/h,已經於2010年4月進入預可行性研究階段,2014年10月獲國家發改委批覆,於2014年12月開展控制性工程建設,並於2015年6月28日全面開工建設。2017年11月28日路基主體工程完成。2019年9月2日,川藏鐵路林芝至拉薩段鋪軌進行到澤當站。2020年4月7日,拉林鐵路全線所有隧道貫通。  拉林鐵路在修建過程中為考慮到沿線農牧民出行,全線將新建34個車站。
川藏鐵路是中國一條部分在建的鐵路,納入了由中國鐵道部編制的《全國鐵路網中長期規劃調整方案》。根據規劃,川藏鐵路起於四川省成都市,經雅安市、甘孜藏族自治州後進入西藏自治區昌都市、林芝市,最終到達拉薩市,全長1629公里,其中四川境內650公里。川藏鐵路將按國家I級電氣化鐵路建設,其中成都至雅安段為雙線,成都至朝陽湖段設計時速200km/h,為客運專線;朝陽湖至雅安段設計時速160km/h,客貨雙行。川藏鐵路包括了成都至康定鐵路、康定至林芝鐵路、拉薩至林芝鐵路橫跨川西高原、橫斷山脈、青藏高原東緣、大渡河、雅礱江、金沙江以及雅魯藏布江等,沿途地質情況十分複雜,多年凍土、滑坡、多地震等地質災害嚴重。是中國鐵路建設史修建難度最高的鐵路也是中國鐵路隧道佔比最高路線,連續30km以上的隧道超過5座,該線對於中國西部發展,中國國防建設,促進川西、西藏地區經濟建設都有舉足輕重的作用。