La toute première ligne de chemin de fer en France fut installée en 1827 pour transporter la houille entre Saint-Étienne et Andrézieux, soit 23 km. Dès 1832, la ligne Saint-Étienne – Lyon (58 km) fut ouverte aux voyageurs payants. En 1839, les frères Émile et Isaac Péreire, banquiers, ouvrirent une ligne de chemin de fer menant de Paris à Saint-Germain-en-Laye, en passant par Asnières, Colombes, Nanterre et Le Vésinet, sur 38 km.

Le réseau se développa surtout sous Napoléon III. De 3000 km de voies en 1852, il passa à 17000 km en 1870. En 1882, il comptait 26000 km. De grandes compagnies financières virent le jour, qui investirent dans l’aménagement de voies ferrées pour relier les grandes villes. Elles étaient au nombre de six : Compagnie des Chemins de fer de l’Ouest, Compagnie du Nord, Compagnie de l’Est, Compagnie du Midi, Paris-Lyon Méditerranée, Chemins de fer d’Orléans.

Certaines villes, effrayées par  l’arrivée de ces « monstres d’acier » et craignant les nuisances, refusèrent des gares en centre-ville et préférèrent les installer en banlieue (par exemple : Orléans – Les Aubrays, Tours – Saint-Pierre-des-Corps, Quimper – Ergué-Armel, etc.). D’autres villes prospérèrent grâce à leur liaison par train avec la capitale ou avec  de gros centres industriels.

Le réseau se développa en étoile au départ de Paris (comme celui des routes terrestres) et nécessita l’édification dans la capitale de sept gares terminales de lignes (Saint-Lazare, du Nord, de l’Est, de Lyon, Orsay, Austerlitz et Montparnasse).  La ligne Paris – Lyon – Marseille fut ouverte dès 1858 L’extrémité de la Bretagne (Brest par Saint-Brieuc et Quimper par Vannes) fut reliée en 1863.

En 1879, le plan de l’ingénieur Freycinet fut adopté : il prévoyait de grands travaux pour relier toutes les sous-préfectures de France. Il fut achevé en 1914. Le réseau comptait alors un total de 39400 km de voies.

Désormais, les temps de trajet furent considérablement réduits : par exemple, auparavant une semaine de voyage en malle-poste tirée par des chevaux était nécessaire pour se rendre de Brest à Paris ; avec le chemin de fer, le voyage durait seulement sept ou huit heures. La première catastrophe ferroviaire de France eut lieu à Meudon le 8 mai 1842. Le 31 août 1937 fut promulguée la loi constituant la SNCF.