Die Geschichte der Eisenbahn befasst sich als Teilgebiet der traditionellen Technikgeschichte mit der Erforschung und Dokumentation der Geschichte des Schienenverkehrs, der dazugehörenden Technik und ihrer technologischen Entwicklung. In jüngerer Zeit gewinnt daneben der Ansatz einer interdisziplinären Kulturgeschichte zunehmend an Bedeutung.
Ähnlich wie in einigen anderen Teilbereichen der Geschichte sind bei der Erforschung der entsprechenden Daten und beim Zusammentragen von Dokumenten und Zeugnissen überwiegend Laien oder Amateure tätig. Ursache ist eine nach wie vor vorhandene Faszination, die von diesem Gebiet der Technik ausgeht. Belege dafür sind zahlreiche Eisenbahnmuseen in der Trägerschaft von Vereinen oder sogar Privatpersonen sowie die Museumsbahnen.
Den von öffentlichen Institutionen getragenen Museen wird nach einer Phase der geringeren Beachtung zwischen dem Ende des Zweiten Weltkrieges und ungefähr den 1980er-Jahren inzwischen wieder eine erhöhte Aufmerksamkeit zuteil.
Der Begriff Eisenbahn ist erstmals 1801 in einem Artikel „Über den Gebrauch der Eisenbahn oder eisernen Wege zur Fortschaffung der Mineralien und Kohlen“ zu finden, während der englische Begriff rail-road bereits um 1734 erscheint. Wie frühe Lexika von Brockhaus zeigen, bezog sich die Definition einer Eisenbahn zunächst nur auf die Fahrbahn bzw. den eisenbestückten Schienenweg. Dies ergab sich auch daraus, dass die ersten „Eisenbahn“-Fahrzeuge nahezu gänzlich und selbst noch die ersten Lokomotiven und sogar Radkörper zu großen Teilen aus Holz sowie auch aus Kupfer und Kupfer-Legierungen gefertigt wurden:
Später wurde auch der Aspekt Antrieb in die Definition aufgenommen:
Für die Konstruktion einer Eisenbahn waren verschiedene frühe Basis-Erfindungen die Voraussetzung, so die Erfindung des Rades, die Schöpfung einer Fahr- und Leitbahn in Form von Schienen, sowie die Herstellung von Eisen und Stahl.
In England gab es eine ausgeprägte Stahl- und Eisenherstellung, ferner bestand ein ständig zunehmender Transportbedarf in den Erz- und Kohlenminen, der bereits zahlreiche Schienenwege entstehen ließ. Hier wurde auch die Dampfmaschine erfunden und von James Watt um 1769 entscheidend verbessert. Dies führte dazu, dass England in der Zeit der Industriellen Revolution auch zur Geburtsstätte der maschinell betriebenen Schienen- bzw. „Eisenbahn“ wurde. Die Eisenbahn ist damit sowohl Produkt als auch Bestandteil der Industriellen Revolution.
Vorläufer der heutigen Schienen waren Spurrillen in antiken Straßen, die den Fahrzeugen eine gewisse Führung ermöglichten. Wissenschaftler glauben, dass Menschen bereits in der Kupferzeit vor mehr als 4.000 Jahren erste Rillen anlegten. Derartige Spurbahnen sind in Steinbrüchen des alten ägyptischen Reiches und bei den Griechen gefunden worden. Der vermutlich längste Rillenweg in der Antike war der 6 bis 8,5 km lange Schiffkarrenweg Diolkos über den Isthmus von Korinth (Griechenland). Auch die römischen Baumeister arbeiteten auf zahlreichen Römerstraßen Rillen in die gepflasterte Oberfläche ein.
An der Wende des Spätmittelalters zur frühen Neuzeit gab es eine entscheidende Erfindung, die vermutlich in Bergwerken entstand, wo schwere Lasten transportiert werden mussten: Man legte hölzerne Gleise und war somit nicht mehr auf bestehende Straßen angewiesen, um schwere Lasten zu transportieren. Georgius Agricola belegt dies erstmals 1556 in seinem Werk De re metallica. Diese Holzschienen hatten aber auch gewichtige Nachteile: Schmutz in den Rillen ließ die Wagen oft entgleisen. Zudem vermoderte das Holz schnell auf dem feuchten Boden, wo es der Witterung ungeschützt ausgesetzt war. Kardinal Matthäus Lang dokumentiert 1515 den Reißzug auf die Festung Hohensalzburg: Die älteste heute noch existierende Standseilbahn wurde in ihrer ursprünglichen Form über Holzschienen mit einem Hanfseil über eine Tretmühle betrieben. Von Deutschland aus gelangten die Holzschienen vermutlich schon unter Elisabeth I., die deutsche Bergleute zur Förderung des englischen Bergbaues berief, nach England. Zwar sind derartige Konstruktionen erst für 1620 in den Steinkohlen-Bergwerken von Newcastle upon Tyne fest nachgewiesen, jedoch sind sie möglicherweise schon ab den 1560er Jahren in Caldbeck in Cumbria eingesetzt worden.
Im Laufe des 18. Jahrhunderts wurde die Schienentechnik fortentwickelt. Der Engländer Ralph Allen erfand in den 1730er Jahren den einseitigen Spurkranz, der die Wagen sicher auf dem Gleis führt. Etwas später wurden die Spurrinnen mit Eisen ausgelegt oder Holzschienen mit Eisen beschlagen, so genannte Plateways. Zu diesem Zwecke goss infolge von Absatzproblemen im Jahre 1767 Richard Reynolds, einer der Besitzer der Coalbrookdale-Eisenhütte, Gusseisenbarren in Plattenform auf Lager. Um diese zwischenzeitlich sinnvoll nutzen zu können, ließ er damit verschlissene Holzbohlenschienen der Hüttenbahn auslegen, wo sie den beabsichtigten Zweck hervorragend erfüllten. Dies wird als Geburtsstunde der Eisenschienen für Fahrzeugräder angesehen. Da sich die gusseisernen Platten als unzureichend und zu kostspielig erwiesen, ersetzte man sie durch schmale Schienen aus Gusseisen, die auf hölzernen Unterlagen ruhten. Die erste mehrere Anlieger bedienende Bahnstrecke mit Volleisenschienen war die 1795 eröffnete Derby Canal Railway.
Ab 1770 wurde in England Schwellenholz nicht mehr genutzt, nun legte man Eisenschienen auf Steine. Später wurde mit der stärkeren Belastung nach der Einführung maschineller Antriebe die Spurtreue auf Steine montierter Schienen allerdings unzureichend, so dass das Holz in Form der tragenden Querschwellen zurückkehrte – für annähernd zwei Jahrhunderte. Mit den Erfindungen und Weiterentwicklungen im 18. Jahrhundert hatte England den Kontinent überholt.
Erste Antriebe auf längeren Strecken erfolgten mit der Muskelkraft vorzugsweise von Pferden. 1794 wurden auf dem seit 1787 betriebenen Rauendahler Schiebeweg Holzbohlen durch Schienen aus Gusseisen ersetzt. Die Güter-Pferdebahn Derby Canal Railway mit eisernen Schienen wurde im Jahr 1795 eröffnet. Sie wird als erste Eisenbahn betrachtet, da ihre Transportleistung auch diversen Nutzern zur Verfügung stand. Oftmals wurden Gefällestrecken genutzt, auf denen beladene Wagen mit angezogener Handbremse unter Nutzung der Schwerkraft talwärts rollten und leer wieder von Pferden hochgezogen wurden. Besonders in Nordengland kam diese simple Technik zur Anwendung. 1801 konzessionierte das britische Parlament die erste Bahn für den öffentlichen Verkehr zwischen Wandsworth und Croydon bei London, wobei die Benutzer nicht nur ihren Wagen, sondern auch die Pferde selbst mitbringen mussten. 1809 fuhr erstmals in den USA eine Pferdebahn in Philadelphia.
Friedrich Harkort gründete 1820 ein Konsortium mit dem Ziel, eine Pferdebahn vom Kohlerevier Schlebusch nach Haspe zu bauen. Die Schlebusch-Harkorter Kohlenbahn mit einer Länge von einer preußischen Meile, ca. 7½ Kilometer, wurde im Wesentlichen 1828 fertiggestellt und war die erste Bahn, die auf dieser Länge ihren Betrieb aufnahm. Der Kohletransport wurde auf der schmalspurigen Bahn mit Pferden durchgeführt.
In den Jahren 1825 bis 1832 wurde die Pferdeeisenbahn Budweis–Linz errichtet, doch erfolgte die offizielle Inbetriebnahme der ersten 50 km langen Teilstrecke erst am 7. September 1827, neun Wochen nach der zunächst 18 km langen Bahnstrecke Saint-Étienne–Andrézieux in Frankreich. Die Bahn in Österreich führte über 128 km von Budweis in Böhmen nach Linz und war damit die längste Pferdeeisenbahn der Welt. Ähnliche Pferdebahnen im Kaisertum Österreich entstanden damals zwischen Prag und Lana und zwischen Preßburg und Tyrnau.
Im Ruhrgebiet entstand seit 1787 ein etwa 30 km langes Netz von Pferdebahnen, zu deren bekanntesten Vertretern neben dem Rauendahler Schiebeweg auch die Schlebusch-Harkorter Kohlenbahn von 1829 gehört. Am 20. September 1831 fuhr in Deutschland erstmals eine Pferdebahn, auf der schon zwei Jahre später auch Personenwagen zunächst „des Vergnügens wegen“ zur Verfügung standen. Damals fand jenes Ereignis statt, welches Friedrich Harkort in seinem 1833 erschienenen Buch „Die Eisenbahn von Minden nach Köln“ so kommentierte: „Im Deilthal entstand jene Eisenbahn, welcher die Ehre zu Theil wurde, den Namen Seiner Königlichen Hoheit des Prinzen Wilhelm von Preußen führen zu dürfen.“ Die Strecke der Prinz-Wilhelm-Eisenbahn (PWE) war eine preußische Meile lang (ca. 7,5 km) und fuhr von Hinsbeck an der Ruhr (heute Essen-Kupferdreh) bis Nierenhof (heute Velbert-Langenberg). Sie war die erste Eisenbahn-Aktiengesellschaft auf deutschem Boden und wurde die ersten 13 Jahre ausschließlich mit Pferdekraft betrieben.