Постройке железных дорог предшествуют изыскания и проектирование их. Целью изысканий является изучение условий строительства и эксплуатации будущей дороги, сбор и подготовка необходимых материалов для проектирования. Основная задача проектирования заключается в разработке наиболее рационального проекта новой железной дороги, которая бы полностью удовлетворяла потребности в перевозках с учетом их роста в перспективе.
Проектом железной дороги необходимо предусмотреть обеспечение заданной пропускной и провозной способности, безопасности движения поездов, наиболее переспективное использование капитальных вложений, возможность дальнейшего развития устройств, применения новых технических средств и прогрессивной технологии при строительстве и эксплуатации. Проекты новых линий должны разрабатываться комплексно с учетом потребностей промышленности, населенных пунктов, других видов транспорта, требований охраны окружающей среды. Проектно-изыскательские работы на железнодорожном транспорте выполняют специальные институты Министерства путей сообщения и Министерства транспортного строительства.
Общее руководство проектными работами в системе МПС осуществляет Главное управление по проектированию объектов железнодорожного транспорта — Главжелдорпроект, в ведении которого находятся специализированные проектно-изыскательские институты (Гипротранстэи, Гипротранспуть, Трансэлектропроект, Гипротранс-сигналсвязь и др.), а также дорожные проектно-изыскательские институты — желдорпроекты.
В Министерстве транспортного строительства имеется Главное управление проектно-изыскательских работ — Главтранспроект, в ведении которого находятся территориальные институты; Мосгипро-транс, Ленгипротранс, Уралгипротранс, Сибгипротранс и др., а также специализированные институты: по проектированию больших мостов — Гипротрансмост, тоннелей и метрополитенов — Метрогипротранс и др.
Для установления экономической целесообразности и народнохозяйственной необходимости строительства новой железнодорожной линии перед разработкой ее проекта составляется технико-экономическое обоснование (ТЭО). ТЭО содержит характеристику существующих путей сообщения района, расчеты строительной стоимости и эксплуатационных показателей различных вариантов, на основе которых выбираются наиболее рациональное направление железнодорожной линии и пункты примыкания к существующей сети; кроме того, приводятся соображения об условиях и сроках строительства, о развитии строительной базы.
Проектирование железнодорожных линий и их отдельных устройств обычно осуществляют в две стадии: на первой разрабатывается технический проект, а на второй стадии — рабочие чертежи. Для несложных же объектов проектирование ведется в одну стадию — разрабатывается техно-рабочий проект. Основная задача технического проекта — рассмотрение в рамках установленного ТЭО принципиального направления возможных вариантов технических решений с целью выбора наиболее целесообразного без разработки деталей каждого варианта. Технический проект после его утверждения является основанием для финансирования строительства, развертывания подготовительных работ и заказа оборудования. На основании этого проекта по выбранному варианту составляют рабочие чертежи, по которым ведутся строительные и монтажные работы.