Железнодорожные тоннели имеют практически такой же возраст, что и сами железные дороги. Первый железнодорожный тоннель был построен в 1826 году на линии Ливерпуль-Манчестер. Впоследствии развитие железнодорожного сообщения в конце 1880-х гг. привело к бурному росту строительства железнодорожных тоннелей.
В последнее время распространение по всему миру высокоскоростных железнодорожных магистралей стимулировало строительство большого количества новых тоннелей, имеющих достаточно большую протяженность и глубину пролегания, в частности в горных районах, где необходимо строительство базисных тоннелей, проходящих у подножия горных массивов, для прокладки железной дороги с минимальным углом уклона по отношению к уровню долины.
Наиболее известными являются два швейцарских базисных тоннеля, пересекающие Альпы с севера на юг: функционирующий в настоящее время тоннель Лётчберг (34 км) и Готардский базисный тоннель (57 км), который по окончании строительства станет самым длинным тоннелем в мире.
В Альпах запланирована прокладка еще двух тоннелей большой протяженности: Бреннерского базисного тоннеля между Австрией и Италией, а также тоннеля Мон-Д’Амбен между Францией и Италией на железнодорожной ветке Лион-Турин.
Некоторые проекты пока находятся на этапе обсуждения, в частности, например, возможное строительство нового железнодорожного тоннеля между Испанией и Францией через Пиренеи, а также возможное будущее тоннельное сообщение между Европой и Африкой под Гибралтарским проливом.