西起乌拉尔山以东的车里雅宾斯克,东至太平洋沿岸的符拉迪沃斯托克(海参崴),途经鄂木斯克、新西伯利亚、克拉斯诺亚尔斯克、伊尔库茨克、赤塔、哈巴罗夫斯克(伯力)等,全长9288千米。将俄罗斯的欧洲部分与西伯利亚、远东地区连接起来,被称为俄罗斯的“脊柱”、连接欧亚文明的纽带,对俄罗斯乃至欧亚两大洲的经济、文化交流产生了举足轻重的影响。
穿越松树林地带、乌拉尔山脉、面积辽阔的永久性冻土地带以及密布的河流与湖泊等,地形复杂,工程量大,分别于1891年、1892年从符拉迪沃斯托克和车里雅宾斯克开始对向修建,1904年开始通车,收尾工程延续到1916年。为宽轨铁路,轨距1524毫米。20世纪30年代完成全部复线工程,40年代开始进行电气化改造,至70年代中期,从车里雅宾斯克到赤塔以东的卡雷姆斯科耶的全部线路都实现了电气化。
西伯利亚铁路的修建对西伯利亚产生深远影响,最显著的变化是人口的迅猛增长。1863年时,西伯利亚人口仅为286万,至1914年已达962万,按照西伯利亚编年史学家D.特雷德戈尔德(Donald Treadgold)的说法,除了19世纪大批欧洲人前往美国之外,西伯利亚移民是当时人类历史上最大规模的移民。其次,为西伯利亚地区经济和工业的发展奠定了基础,主要表现在采掘工业发展势头强劲,冶金工业出现短暂繁荣,农牧产品加工工业异军突起。再次,加快了西伯利亚地区的城镇化进程,加大了地区间的不平衡,加深了西伯利亚的殖民化程度。
为了开发西伯利亚北部的资源,苏联决定修建一条贝加尔地区勒拿到阿穆尔地区共青城的铁路,简称贝阿铁路。该铁路穿越山脉、河流、沼泽地、原始森林以及地震活动高发地等,全长3145千米,途经查腊、滕达、乌尔加尔等地,工程艰巨。于1974年1月动工,1984年10月竣工,1985年正式运营。贝阿铁路连同勒拿到西伯利亚铁路的泰谢特站以及从共青城通往苏维埃港的两段铁路,全长4350千米,称为第二西伯利亚铁路。