El deseo de Rusia de tener un puerto en el Océano Pacífico se vio realizado con la fundación de Vladivostok en 1860. Veinte años después Vladivostok se había convertido en una importante ciudad portuaria, y la falta de comunicaciones entre la Rusia europea y sus provincias del Lejano Oriente era un problema cada vez más evidente. La construcción del ferrocarril comenzó en 1891 por iniciativa del Conde Sergei Yulyevich Witte (1849–1915), que en aquella época ocupaba el Ministerio de Finanzas.

Al igual que en el caso de la Primera Ferrovía Transcontinental en Norteamérica, la construcción del Transiberiano se inició en ambos extremos, mientras que las extensiones de la vía férrea se hicieron hacia el centro. En el caso del extremo que comenzaba en Vladivostok, las vías se construyeron en dirección norte, siguiendo los márgenes del río Ussuri hasta Khabarovsk. Se conformó de esta forma la ferrovía Ussuri.

En 1890 se construyó un puente sobre el río Ural, y así las vías pudieron adentrarse en Asia. El puente sobre el río Ob se terminó en 1898 y la pequeña población de Novonikolaevsk, que se había fundado en 1883, se transformó en una destacada ciudad de Siberia que llevaría el nombre de Novosibirsk. En 1898 el primer tren llegó a Irkutsk y a las orillas del lago Baikal, que es el más profundo del mundo y contiene la quinta parte del agua dulce del planeta. La ferrovía se extendió hacia el este cruzando los ríos Shilka y Amur, y pronto llegó a la población de Khabarovsk. El tramo Vladivostok - Khabarovsk se había construido anteriormente, en 1897.

La mano de obra para la construcción del Transiberiano estuvo constituida por presos de la Isla Sajalín y otros lugares, y también por soldados rusos. Uno de los mayores obstáculos a los que se enfrentó la traza del tren fue el lago Baikal, localizado a unos 65 kilómetros al este de Irkutsk. Con sus 640 kilómetros de longitud y sus 1600 metros de profundidad, inicialmente se atravesaba en barco. Un ferry rompehielos fue comprado a Inglaterra para el traslado de la locomotora y vagones, mientras que los pasajeros junto con sus equipajes eran trasladados en trineo de un extremo del lago hacia el otro. Esta metodología se siguió aplicando hasta la finalización de la traza sobre el extremo sur del lago.

La electrificación de la línea comenzó en 1929 y fue completada totalmente en 2002, permitiendo de esta forma duplicar la capacidad de carga de los trenes hasta alcanzar las 6000 toneladas.

El Transiberiano sigue siendo la vía de comunicación más importante de Rusia, hasta el punto de que cerca del 30% de las exportaciones de este país son transportadas por él. Aunque su atractivo turístico lleva a que muchos turistas de todo el mundo viajen en él, sigue siendo muy utilizado por los rusos en los viajes que realizan a diario.