Rysslands långvariga strävan efter en hamn vid Stilla havet förverkligades 1860, då staden Vladivostok grundades. År 1880 hade staden vuxit till en stor hamnstad och avsaknaden av goda landtransporter mellan europeiska Ryssland och dess östliga provinser blev snart ett tydligt problem. Att resa med häst och vagn längs sträckan tog minst ett halvår. Järnvägen minskade tiden till en månad (idag en vecka). Byggandet av transsibiriska järnvägen inleddes 1891 och övervakades av Sergej Witte, dåvarande finansminister.

Precis som vid arbetet på första transkontinentala järnvägen i USA började de ryska ingenjörerna i varsin ände och arbetade mot mitten. Från Vladivostok gick järnvägen norrut längs floden Ussuris östra strand, och vidare till floden Amur. Denna bit kallades Ussurijärnvägen.

År 1890 byggdes en bro över floden Ural, och den nya järnvägen gick in i Asien. Bron över floden Ob byggdes 1898, och den lilla staden Novonikolajevsk, som grundats 1883, förvandlades till ett stort sibiriskt centrum, Novosibirsk. År 1898 nådde det första tåget Irkutsk vid Bajkalsjöns kust. Järnvägen fortsatte österut, över floderna Chilka och Amur, och nådde snart Chabarovsk. Vladivostok - Chabarovsk hade byggts färdigt 1897.

Straffarbetare från bland annat Sachalin kallades tillsammans med ryska soldater in att arbeta med byggandet av järnvägen. Ett av de största hindren var Bajkalsjön. Linjen slutade vid varje sida av sjön, och den speciella isbrytarfärjan S/S Bajkal köptes i delat från Newcastle upon Tyne för att koppla ihop järnvägen. På vintern användes slädar för att transportera passagerare och gods från ena sidan sjön till den andra, fram till att järnvägsbygget runt om Bajkalsjön var färdigt. Då linjen till floden Amur norr om den kinesiska gränsen var färdig 1916, fanns obruten järnväg mellan Petrograd och Vladivostok. Linjen började elektrifieras 1929, ett arbete som avslutades 2002.

 Växlare i Uralområdet, cirka 1910.

År 2010 fraktade transsibiriska järnvägen omkring 20 000 containrar per år till Europa varav 8 300 containrar från Japan. Detta är en relativt liten siffra, då Japan totalt sett fraktar 360 000 containrar till Europa varje år. Följaktligen finns plats för expansion och ryska transportministeriet planerade att denna siffra 2005 skulle ha ökat till 100 000 containrar och ha tillfredsställt passagerar- och godsbehov med 120 tåg per dag. Detta kräver att stora delar av järnvägen byggs ut till dubbelspår, så att flaskhalsar undviks. Mängden containrar har ökat efter 2010, men ökningen har varit på en ny förbindelse genom Kazakstan.

Den transsibiriska järnvägen är Rysslands viktigaste trafikförbindelse och runt 30 procent av dess export färdas längs med linjen. Den är också populär hos turister, men används även mycket bland ryssar för att färdas genom landet.