京汉铁路从北京到湖北汉口，最初称为“卢汉铁路”（卢沟桥至汉口），是清政府为图自强、实现近代化而兴筑的一条纵贯南北的大干线。1927年至1949年间因北京改称北平，京汉铁路也改称“平汉铁路”。1949年中华人民共和国成立后，恢复京汉铁路之名。现在，京汉铁路是京广铁路的一部分。火车迷又称为“北京广”（京广线北段）。
1889年，湖广总督张之洞提议修建北京卢沟桥至汉口的卢汉铁路；他认为此线“可控八九省之冲，人货辐辏，贸易必旺，将来汴洛、荆襄、济东、淮泗，经纬纵横，各省旁通，四达不悖。”1895年7月19日，即《马关条约》签订后的第94天，光绪帝发出一道谕旨，宣称“当此创巨痛深之日，正我群臣卧薪尝胆之时”，并提出救亡图存的六项“力行实政”，修铁路被列为首项。同日，两江总督张之洞即复奏清政府，指出“宜亟造铁路也”，建议修筑卢汉铁路：“中国应开铁路之地甚多，当以卢汉一路为先务。”清末有系统地修筑铁路由此而始。1895年12月6日，清廷考虑各方意见后，决定立即着手修筑两条铁路：卢汉铁路和津卢铁路（即原京山铁路京津段、今京沪铁路京津段），并公布卢汉铁路以黄河为界，南段由张之洞负责，北段由李鸿章负责。然而清廷对卢汉、津卢两路的建设资金给了不平等的待遇：津卢铁路能动用官款，而卢汉铁路却要靠商人集资兴办。但张之洞在募集商股的过程中受阻，只能将修筑卢汉铁路的任务交给盛宣怀，并向比利时等外国列强举债。
卢汉铁路一直延至1897年4月才动工，1905年11月25日郑州黄河大桥建成。1906年4月1日，南北全线接通正式通车。因1900年八国联军占领北京期间修建从卢沟桥延伸至北京正阳门西边的前门火车站的支线（1944年拆除），故改名为“京汉铁路”，长度共计1311.4公里。
京汉铁路在施工时拆除了汉口城墙，并改造为后城马路。
1937年3月10日，刘家庙站与徐家棚站的两座铁路轮渡码头竣工，列车从此可经由轮渡跨越长江。这成为了武汉市民口中的怪事“火车要靠轮渡载”。铁路码头的兴旺，带动了徐家棚区域的繁华：全国各地的游客在这里下车后，都会逛一逛，各种小商品、烟酒副食、餐馆美食密密麻麻。
京汉铁路的修建开晚清大规模筑路之先河，成为日后铁路修筑、借款模式的参照，在一定程度上降低了清政府借债筑路的利权丧失程度。同时，较为良好的经营状况，以及线路维护、路员管理等方面的日臻完善，也带动了沿线经济社会的发展与变迁。
在中国劳动组合书记部的帮助下，1921年到1922年底，京汉铁路沿线相继建立了江岸、郑州、长辛店等16个工会分会。1923年2月1日，京汉铁路总工会在郑州召开成立大会，遭到军阀吴佩孚的明令禁止和破坏。2月4日，全路2万多工人举行总同盟罢工，并将总工会临时办公处移至汉口江岸。罢工导致1200多公里铁路顿时瘫痪。2月7日，吴佩孚在外国列强支持下，对罢工工人进行了血腥镇压，江岸分会委员长林祥谦等数十人先后惨遭杀害，造成震惊全国的二七惨案。
1901年时的北京正阳门车站
1954年时的郑州站
1940年代的京汉铁路汉口大智门东站
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