Открытие первой железнодорожной магистрали на территории Казахстана состоялось 25 октября 1894 г. — после завершения строительства узкоколейной линии Покровская слобода (ныне г. Энгельс Саратовской области РФ) — Уральск. 130 км этой железной дороги прошли по территории нынешнего Казахстана. Спустя 4 года вступила в строй узкоколейка Урбах — Астрахань, 77 км которой также пролегли по казахстанской степи. Развитию нефтепромыслов Эмбы с 1926 г.
способствовала узкоколейная дорога Гурьев — Доссор. Эпохальным событием стало продолжавшееся в 1927-1930 гг. строительство Туркестано-Сибирской магистрали (Турксиба) протяженностью 1 444 км. Она связала Казахстан с Сибирью и способствовала активизации экономического развития республики, освоению многих пустынных земель.
В 1936-1939 гг. проложен ключевой участок, связавший Казахстан с Центральной Россией, Уральск-Илецком с выходом на Саратов.
В годы Великой Отечественной войны сполна доказала свою стратегическую важность и построенная в 1936-1944 гг. магистраль Гурьев (Атырау) — Кандагач / Орск, связавшая нефтепромыслы Эмбы с Уралом и улучшившая сообщение между рядом регионов России. Столь же большое значение имела созданная в 1939-1943 гг. линия Акмолинск — Карталы, обеспечившая, в частности, эффективную доставку угля Караганды на Южный Урал. В эти же годы вступили в строй участки Коксу — Текели — Талдыкорган и Атасу — Каражал. Протяженность казахстанских стальных магистралей достигла 10 тысяч км. 1 июля 1958 г. образована самая крупная в СССР Казахская железная дорога. Имея протяженность свыше 11 тысяч км, она состояла из 15 отделений и объединяла все широтные и меридиональные магистрали, соединяющие Казахстан с Сибирью, Уралом, Поволжьем, Кыргызстаном и Средней Азией. В 1960-х гг. проложены участки Макат — Мангышлак и Мангышлак — Узень, (общая длина — почти 900 км), способствовавшие развитию пустынного края. Оживлению связей Казахстана и России в этот период способствовала интенсивная эксплуатация построенной линии Гурьев — Астрахань. В 1964 г. впервые в Казахстане электрифицирован участок Целиноград (Астана) — Караганда. С этого события начинается работа по электрификации железных дорог — преимущественно в северных и центральных областях республики. В частности, в 1969-1970 гг. переведен на электрическую тягу весь участок Караганда — Магнитогорск (1 180 км). С 1980-х гг. электрификация развернулась на южных магистралях: Моинты — Шу, Ченгельды — Арысь, Арысь — Тюлькубас. Общая протяженность электрифицированных линий приблизилась к 4 тысячам км. В апреле 1977 г. на базе Казахской железной дороги были образованы три дороги: Целинная, Алма-Атинская и Западно-Казахстанская.
