TGV最早於1960年代提出，而日本新干线已于1959年开始建设。TGV第一列样版车"TGV 001"以柴油作为动力，并以气体涡轮推动。在最初的计划中，TGV将由燃气涡轮-电力机车牵引，但最终燃气涡轮发动机因体积小、单位功率高且能长时间提供高功率牵引力而被采用。第一款原型机车TGV 001是TGV中唯一采用这种引擎的机车。但经过1973年的能源危机，燃料价格上涨，此设计便因成本过高而被弃用。TGV转而使用电力机车，电力通过架空电缆从法国新建的核电站输送而来。
TGV 001被用于测试高速刹车、高速空气动力学和信号系统。TGV 001采用铰接技术，即两辆车厢之间共用一个转向架，两辆车厢可以相对自由运动。TGV 001时速可达318公里，是非电力牵引火车的最高时速保持者。TGV 001的外观和内饰由法国设计师雅克·库珀设计，后来成为所有TGV列车的设计基础，包括与众不同的机车车鼻。 1976年，法国政府资助TGV计划，第一条LGV(lignes àgrandevitesse，高速铁路线）—法国高速铁路东南线随之开始建造。在TGV列车投入营运之前，日本的新干线早於1964年10月1日通车，比TGV列车早十七年。
在两列量产前的列车经过充分的测试和修改后，第一列正式生产的TGV列车于1980年4月25日交货。1981年9月27日，运行于巴黎与里昂之间的TGV系统正式向公众开放。开通典礼是由当时法国总统密特朗主持的。这种涂成桔红色，外表流线型的火车一时之间成了家喻户晓的名流。TGV最初的目标客户是往来于两座城市之间的商务人士，但不久之后目标市场以外的人们也越来越喜欢乘坐这种快捷、实用的交通工具。
这种新型的列车成功了，并且是很出乎人的意料。巴黎-里昂铁路迅速夺取了航空公司的生意，成为了法国铁道少数这么快就盈利的火车之一，在十年之内就完全赚回了成本。法国政府面对TGV的成功，向法国铁道表示祝贺，并提供了这种新型列车继续发展的必要后备。TGV已经成为了当时法国高新科技的象征。从那之后，新型的TGV和铁道线相继面世，而且一代比一代先进。 TGV技术已经成为了法国对外出口的一项技术。对西班牙，已由Ave高速列车，对韩国，有从TGV变化而来的Ktx－韩国高速铁道，已由部分线路通车。另外，法国铁道还积极向其他要发展高速列车的国家和地区推荐TGV，比如美国佛罗里达高速铁路即将引进TGV技术，台湾也有引进TGV技术的意象。TGV列车更是到过欧洲多个国家，甚至包括北欧的国家。