张铁路沿线发现了百余处文物遗迹。2009年，张家口车站、新保安车站等京张铁路老站房在第三次全国文物普查中被列为工业遗产，同年首都博物馆联合京张铁路沿线各区县的文物委员会，准备将京张铁路整体申报文物保护单位。2013年，京张铁路南口至八达岭段被列为全国重点文物保护单位，其中包括南口火车站站房、南口机车车辆厂近现代建筑遗存、人字形铁路、青龙桥车站站房及职工宿舍和监工处、詹天佑墓及铜像等。2016年，京张铁路被列为文物保护单位或文物普查项目的部分的保护规划开始制订。然而截至2017年，京张铁路除南口至八达岭段