Les tunnels ferroviaires sont presque aussi vieux que les chemins de fer. Le premier du genre a été construit en 1826 sur la ligne Liverpool- Manchester. Plus tard, le développement des voies ferrées vers la fin des années 1880 a conduit à un large essor des tunnels ferroviaires.
Ces dernières années, le développement des lignes ferroviaires à grande vitesse dans le monde entier a stimulé la construction d’un grand nombre de nouveaux tunnels, plutôt longs et profonds, en particulier dans les régions montagneuses où les tunnels de base permettent d’implanter des lignes avec une pente minimale, à hauteur de la vallée.
Les tunnels les plus connus sont les deux tunnels de base suisses qui traversent les Alpes du Nord au Sud: le tunnel du Lötschberg (34 km) déjà en service et le tunnel de base du Saint-Gothard (57 km) qui, lorsqu'il sera achevé, deviendra le tunnel le plus long du monde.
Deux autres tunnels longs sont prévus dans les Alpes, le tunnel du Brenner entre l’Autriche et l’Italie, et le tunnel du Mont d’Ambin, entre la France et l’Italie, sur la ligne Lyon-Turin.
D’autres projets, actuellement en cours de discussion, portent sur la construction d’un tunnel de base ferroviaire entre l’Espagne et la France à travers les Pyrénées, et sur la construction éventuelle d’un tunnel reliant l’Europe et l’Afrique via le détroit de Gibraltar.