1870-yillar boshida Orenburgdan Toshkentgacha temiryoʻl tarmogʻini qurish zarurati tugʻiladi. Kaspiy dengizining sharqiy qirgʻogʻidan Qizil Orvat, Ashxobod va keyingi manzillargacha temiryoʻl qurishga qaror qilinadi. Kaspiyorti temiryoʻlini barpo qilish 1880-yil noyabr oyida boshlanadi. 1885-yilda temiryoʻl Ashxobodga, 1886-yilda Chorjoʻyga yetib keldi. 1888-yilning may oyida koʻpriklar qurilishi bilan Amudaryo orqali Samarqandga temiryoʻl harakati ochildi.
1899-yilda Ursatevsk (hozirgi Xovost) bekatidan Toshkentgacha va Fargʻona vodiysida Andijonga 2 ta temiryoʻl tarmogʻi tashkil qilinadi. Samarqand–Andijon temiryoʻl liniyalari qoʻshilgandan keyin Sirdaryo, Samarqand, Fargʻona, Kaspiyorti hududlari va Buxoro xonligi hududidan oʻtadigan Oʻrta Osiyo temiryoʻllari tarmogʻi vujudga keladi. Bu paytda temiryoʻllarning umumiy uzunligi 2354 verstni tashkil qiladi.
Ikkinchi jahon urushidan keyingi yillarda Oʻzbekiston hududida Salar–Barraj (1947), Chorjoʻy–Qoʻngʻirot (1957), Navoiy–Uchquduq va Jizzax–Sirdaryo (hozirgi Mehnat) (1962), Keles–Oʻzbekiston (1966), Barraj–Hojikent (1967), Superfosfat (hozirgi Maroqand)–Qashqadaryo (1970), Termiz–Qoʻrgʻontepa (1974), Naymankoʻl–Nukus (1975), Nukus–Chimboy (1980) kabi yangi temiryoʻl uchastkalari barpo etildi.
Mustaqillik yillarida mamlakatimizda yangi poʻlat izlarni shakllantirish boʻyicha ulkan ishlar amalga oshirildi. Qizilqum choʻllarida Navoiy–Uchquduq–Sultonuvaystogʻ–Nukus temiryoʻl tarmoqlari qurildi. Ayniqsa, murakkab togʻ sharoitida bunyod etilgan Toshguzar–Boysun–Qumqoʻrgʻon temiryoʻlining qurilishi katta ahamiyat kasb etdi.
2016-yil 22-iyunda Oʻzbekiston va Xitoy hamkorligining yirik loyihasi ijrosi – Angren–Pop elektrlashtirilgan temiryoʻli hamda Qamchiq tunnelining rasmiy ochilish marosimi boʻlib oʻtdi.