中欧铁路经过哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、乌兹别克斯坦、乌克兰、俄罗斯、津巴布韦、赞比亚、乌干达、马里、布基纳法索等国家。

中欧铁路，最早可以追溯到孙中山时代，孙中山辞任临时大总统以后提出来一个10万英里铁道的规划，专门提到了与欧洲的亚欧大陆桥，和欧洲进行连接，10万英里大约相当于17万公里，中国至今仍然没有实现这个目标。

1997年，由乌兹别克斯坦首先提出，中国、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦就联通三国的中吉乌铁路签署备忘录。两年后的1999年，位于兰州的铁道部第一勘测设计院在《新建中吉乌国际铁路中国境内段可行性研究报告》中提出了南北两个方案。当时估计，北线方案全长约577公里。它自新疆的喀什向西，在克孜勒苏柯尔克孜自治州的吐尔尕特口岸，以3.85公里隧道穿越吐尔派特山出境进入吉尔吉斯斯坦。然后，铁路前进到卡拉苏，至此到乌兹别克斯坦的安集延，都可利用现有线路。南线方案全长523公里，自喀什向西南抵达库尔干，从伊尔克什坦口岸出境进入吉尔吉斯斯坦，然后向西经卡拉苏抵达安集延。

2004年1月，国务院常务会议讨论通过《中长期铁路网规划》，明确提出新建中吉乌铁路喀什到吐尔尕特段，即以采取北线方案为基础。这主要来自吉尔吉斯斯坦的主张，因为北线经过该国的主要矿产区。当时三个国家共提出了8个方案。安集延最迟自汉代起就是中亚的经贸中心，从这里开始有线路经土库曼斯坦、伊朗、土耳其，与欧洲铁路网接轨。从新疆到安集延，精确地复制了丝绸之路的路线。目前，从中国有三条铁路线可以前往欧洲。一条需要先到俄罗斯远东地区的哈巴罗夫斯克和符拉迪沃斯托克，通过西伯利亚大铁路直达荷兰鹿特丹港。另一条东起中国江苏连云港，经过哈萨克斯坦、俄罗斯等国直抵鹿特丹港。由于前苏联地区使用宽轨，其间必须更换车轴。