于清朝光绪三十一年（1905年），由詹天佑设计并主持修建，1909年9月24日通至张家口市。最初的线路起自丰台站，由西直门经沙河、南口、进入关沟居庸关，到达青龙桥，以长度1092米的八达岭隧道穿越八达岭长城，下坡沿军都山山麓到康庄，穿越今官厅水库淹没区至狼山进入怀来丘陵地带，过土木、沙城，再从桑干河支流的洋河谷地行进至鸡鸣驿、宣化，最后抵达张家口，全长约201.2千米。1907年3月，京门支线（现为京门铁路）开工建设，为京张铁路运煤支线，次年9月竣工。
民国时期.京张铁路通车后