تاریخ احداث راه آهن شهری در تهران به ۱۲۰ سال قبل، بر می‌گردد. تأسیس تراموای شهری، از جمله نکات پیش بینی شده در امتیاز نامه‌ای بود، که به نام بارون‌جولیوس دو رویتر ثبت شده بود. امتیاز دهنده قرار داد مشیرالدوله، صدر اعظم ناصرالدین شاه، بود.
بر این اساس، رویتر امتیاز استخراج و بهره‌برداری از تمام معادن و منابع طبیعی را در سراسر خاک ایران به دست گرفت و اجازه داشت برای احداث راه آهن‌سراسری ایران اقدام کند. تأسیس تراموای شهری نیز از جمله این امتیازات بود. امتیاز نامه فوق بر اثر مخالفت‌هایی پس از یک سال لغو شد و با جایگزینی بلژیکی‌ها، به جای رویتر انگلیسی، خط آهن تهران- ری احداث شد. در همان سال‌ها، یک خط آهن روی زمین، بین دروازه حضرت عبدالعظیم و میدان باغ شاه، به وجود آمد که به واگن اسبی معروف شد. این قطار از وسط خیابان‌های ری، چراغ گاز و سپه، روی ریل حرکت می‌کرد و به وسیله چند اسب کشیده می‌شد. این اولین و آخرین تراموای دایر شده در تهران تاسال ۱۳۲۰ه. ش، بود.
از دهه سال۱۳۲۰ ، به این سو همواره اندیشه احداث مترو و قطار شهری، در مقاطع مختلف زمانی، در میان مسئولان دولت و شهر تهران مطرح شده است.
درسال ۱۳۳۴، پیشنهاد شخصی به نام وفادار، درباره احداث تراموای برقی بین تهران تا شمیران، در هیئت دولت تصویب و تصمیم گرفته شد تا مطالعات و تحقیقات بیش‌تری انجام شود.
درسال ۱۳۳۷، مهندس کورس طرح متروی تهران را تجزیه و تحلیل کرد و یکی از شرکت‌های آلمانی نیز آمادگی خود را برای احداث مترو اعلام کرد.
درسال ۱۳۴۵، دولت شوروی سابق، در مقابل خرید گاز، پیشنهاد احداث متروی تهران را داد که بر طبق طرحی که از سوی کارشناسان روس تهیه شد، متروی تهران از میدان راه آهن تا میدان تجریش امتداد می یافت و از جاده قدیم شمیران به خیابان شوش می‌رسید. طرح اولیه این پروژه در حدود ۷۰ کیلومتر برآورد شده بود.
درسال ۱۳۴۸، شهرداری تهران از گروه مهندسان و طراحان ژاپنی برای بررسی وضعیت حمل و نقل شهری دعوت کرد تا در زمینه‌های لازم طرح‌های خود را عرضه‌کنند. در آن هنگام، براساس آخرین سرشماری ملی درسال ۱۳۴۵، جمعیت تهران حدود ۳۰۰۰۰۰۰ نفر و تعداد اتومبیل‌های شخصی و عمومی ۱۴۵۰۰۰ دستگاه بود.
گروه ژاپنی پس از مطالعات خود درسال ۱۳۴۹، در مورد طرح‌های دراز مدت و نیاز های شهر تهران، ایجاد شبکه راه‌های سریع را همچون بزرگ‌راه و آزاد راه، به‌طور نهایی ۲۰۰ کیلومتر و شبکه راه آهن سریع (مترو) به طول حدود ۱۱۲ کیلومتر ضروری دانست. در این طرح، شبکه راه آهن شهری از چهار خط‌تشکیل می‌شد که اولویت به خط شماره یک داده شده بود که شمیران را به ایستگاه راه آهن متصل می‌کرد و حدود ۲۱ کیلومتر بود.
درسال ۱۳۴۹، شرکت فرانسوی سوفرتو مطالعات مقدماتی خود را درباره احداث متروی تهران شروع کرد که تا سال ۱۳۵۱،ادامه یافت. سپس در سال۱۳۵۴، قرارداد طرح آن با شرکت سوفرتو امضا شد. براساس مطالعه مؤسسه فوق، اجرای سیستم مختلط (خیابان مترو) بهترین طرح بود که شامل شبکه‌ای مرکب از هفت خط‌مترو به طول ۱۴۶ کیلومتر بود.
سپس در اردیبهشت همان سال، مجلس وقت طرح را تصویب و به دولت ابلاغ کرد. در اواسط همان سال، شرکت سوفرتو با امضای قراردادی کارهای اجرایی متروی تهران را آغاز کرد و با این که طراحی خطوط ایستگاه‌ها و سایر موارد از سوی شرکت مزبور انجام شده بود، این شرکت تا سال۱۳۵۷، تنها توانست ۲/۳ کیلومتر تونل در تپه‌های عباس آباد را به صورت ترانسه باز احداث کند. با وقوع انقلاب اسلامی، کار احداث نیز متوقف شد.
در ۱۵ تیر ماه سال ۱۳۵۹، لایحه قانون تأسیس شرکت راه آهن شهری، که به تصویب شورای انقلاب رسیده بود، به شهرداری تهران ابلاغ شد، اما به سبب جنگ، در تاریخ ۱۲ اسفند سال۱۳۶۰ ، عملیات اجرایی مترو کامل متوقف شد. سرانجام، فعالیت مجدد مترو در اول تیر ماه سال ۱۳۶۵، آغاز و نخستین مرحله از چهار خط پیشنهادی احداث خط یک و خط دو اجرا شد.
متروی تهران پس از یک دوره طولانی، درسال ۱۳۷۸، از مبدأ میدان امام‌خمینی تا میدان صادقیه، جهت مرکز به غرب، افتتاح شد. در حال حاضر سه خط مترو به‌این ترتیب، خط یک از میدان امام خمینی تا صادقیه، خط دو از شهرری تا میرداماد و خط پنج از صادقیه تا کرج فعال است.
شبکه مترومی تواند به هفت خط افزایش یابد که در مجموع بالغ بر ۱۴۶ کیلومتر خواهد بود