Дорогу длиной в 9288,2 км строили двадцать пять лет (1891 — 1916), а потом ещё много раз перестраивали и достраивали. Темпы её строительства поражают — в разгар работ в 1890-е годы рабочие сдавали до 650 км в год (около 7 тыс. км за 12 лет). Пользовались при этом примитивными орудиями труда. В скалах вокруг Байкала проделывали тоннели, взрывая динамитом и орудуя кайлом. Насыпи возводились при помощи лопат и тачек. Топорами и пилами заготавливали древесину. До 89 тысяч рабочих трудились на той стройке века — самом грандиозном проекте императора Александра III. Множество из них были каторжанами и ссыльными. Работали на Великом сибирском пути и местные жители, старообрядцы и потомки опальных жителей европейской части России. Жили строители в наскоро сколоченных бараках и быстро продвигались вперёд.
Сегодня началом Транссибирской магистрали считается Москва, нулевой километр отмечен на Ярославском вокзале. Однако историческая часть дороги (та, что строилась с 1891 года) начинается в Миассе и заканчивается через 7 тысяч км во Владивостоке. Формальной датой начала строительства принято указывать 19 мая 1891 года. В этот день наследник престола, будущий Николай II, заложил близ Владивостока первый камень будущего фундамента вокзала. Он же возглавил вскоре Комитет по сооружению Сибирской железной дороги, в который вошло несколько министров. И началась грандиозная работа.
В начале правительство рассчитывало потратить на Великий сибирский путь только 350 млн рублей — сумма колоссальная, весь годовой государственный доход составлял тогда чуть менее 900 млн. Конечно, этих денег не хватило — к 1905 г. потратить пришлось 936 млн, причём экономили на всем, и в дальнейшем пришлось многое усовершенствовать и снова вкладывать сотни миллионов золотых. Но это того стоило.
Связать европейскую Россию и Сибирь железной дорогой было жизненно необходимо. Эту идею высказывал ещё в 1850-е годы генерал-губернатор Восточной Сибири Николай Муравьёв-Амурский, но тогда это сочли чрезмерно расточительным и фантастическим проектом. Вернулись к нему в 1870-е, а конкретные планы стали строить уже во второй половине 1880-х. Военные стремились превратить Владивосток во «второй Севастополь» — мощный военный порт, хорошо связанный с источниками разных ресурсов в центре страны. Стояла и задача усилить влияние России в Китае. Сибирь нельзя было потерять, как Аляску, а без экономического и демографического развития это стало бы неизбежным результатом царившего в краю запустения.
В 1890 г. А. П. Чехов совершил путешествие на Сахалин. Его впечатления от состояния транспорта оставляли желать лучшего. От Тюмени Чехов начал «конно-лошадиное странствие на вольных и почтовых, по убийственным дорогам», на которых пришлось бороться с холодом, разливами рек, «невылазной грязью и голодом». Всё изменилось к следующему, 20-му веку.
Основная часть дороги была готова в 1903 г. Тогда же правительство наладило регулярное сообщение между Петербургом и Владивостоком. Ходило всего по 3 поезда в сутки из конечных пунктов, 1 пассажирский и два товарных. Правда, тогда они двигались со скоростью всего лишь около 20 км/ч, так что путешествие по всей протяжённости занимало 42 дня (для сравнения — сегодня из Москвы до Владивостока можно добраться за 6 дней). Тем не менее количество пассажиров быстро увеличивалось. Ещё недостроенной дорогой в 1900 г. воспользовалось 1,25 млн человек, а 1905 г. — уже 1,85 млн, а в 1912 г. — 3,2 млн. В годы столыпинской аграрной реформы именно по Транссибирской магистрали крестьяне-переселенцы прибывали в Сибирь. Население края увеличивалось примерно на полмиллиона человек в год, и началось настоящее освоение зауральских земель. Великий сибирский путь выполнил свою историческую миссию.
Датой окончания строительства считается, однако, 1916 год, а не 1903-й. Дело в том, что сперва из-за технических сложностей работ в Амурском крае довольно длинный участок железной дороги решено было провести по китайской территории — Маньчжурии (КВЖД). После Русско-японской войны стало понятно, что стратегически важный путь должен всё-таки пролегать целиком в России (кстати, из-за малой пропускной способности Транссиба в 1904—1905 гг. отчасти и терпела поражения в борьбе с японцами сухопутная русская армия). Так и сделали. Амурскую железную дорогу достроили в 1916 г.
Транссибирская дорога стала мировым достижением и величайшим транспортным проектом царской России. Строили её исключительно за счёт казны, чтобы не увеличивать влияние иностранных инвесторов, и исключительно русскими силами. Работали русские рабочие и инженеры — Н. Меженинов, А. Пушечников, Н. Белелюбский, А. Ливеровский и многие другие. Было уложено около 12 млн шпал и около 1 млн тонн рельсов, построено 100 км мостов и тоннелей (самый длинный — более 7 км). «По пути» геологи разведали значительные угольные запасы. Вдоль железной дороги было возведено 107 школ для сибиряков.
На протяжении Транссиба находится около двух тысяч пунктов, включая малые полустанки и заброшенные станции, а также 87 городов, из них пять — «миллионники»: Москва, Пермь, Екатеринбург, Омск и Новосибирск. Основные транспортные узлы: Москва — Ярославль — Екатеринбург — Омск — Иркутск — Чита — Владивосток.