早在20世纪初前期，当时火车“最高速率”超过时速200公里者寥寥无几。直到1964年日本的新干线系统开通，是史上第一个实现“营运速率”高于时速200公里的高速铁路系统。
世界上首条出现的高速铁路是日本的新干线，于1964年正式营运。日系新干线列车由川崎重工建造，行驶在东京－名古屋－京都－大阪的东海道新干线，营运速度每小时271公里，营运最高时速300公里。 （1964年~1990年）
1959年4月5日，世界上第一条真正意义上的高速铁路东海道新干线在日本破土动工，经过5年建设，于1964年3月全线完成铺轨，同年7月竣工，1964年10月1日正式通车。东海道新干线从东京起始，途经名古屋，京都等地终至（新）大阪，全长515.4公里，运营速度高达210公里/小时，它的建成通车标志着世界高速铁路新纪元的到来。随后法国、意大利、德国纷纷修建高速铁路。1972年继东海道新干线之后，日本又修建了山阳、东北和上越新干线；法国修建了东南TGV线、大西洋TGV线；意大利修建了罗马至佛罗伦萨。以日本为首的第一代高速铁路的建成，大力推动了沿线地区经济的均衡发展，促进了房地产、工业机械、钢铁等相关产业的发展，降低了交通运输对环境的影响程度，铁路市场份额大幅度回升，企业经济效益明显好转。 （1990年至90年代中期）
法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国等欧洲大部分发达国家，大规模修建该国或跨国界高速铁路，逐步形成了欧洲高速铁路网络。这次高速铁路的建设高潮，不仅仅是铁路提高内部企业效益的需要，更多的是国家能源、环境、交通政策的需要。 （从90年代中期至今）
在亚洲（韩国、中国台湾、中国）、北美洲（美国）、澳洲（澳大利亚）世界范围内掀起了建设高速铁路的热潮。主要体现在：一是修建高速铁路得到了各国政府的大力支持，一般都有了全国性的整体修建规划，并按照规划逐步实施；二是修建高速铁路的企业经济效益和社会效益，得到了更广层面的共识，特别是修建高速铁路能够节约能源、减少土地使用面积、减少环境污染、交通安全等方面的社会效益显著，以及能够促进沿线地区经济发展、加快产业结构的调整等等。
适合高速铁路的生存环境其实只有两条基本原则：第一是人口稠密和城市密集，而且生活水准较高，能够承受高速轮轨比较昂贵的票价和多点停靠，第二是较高的社会经济和科技基础，能够保证高速轮轨的施工、运行与维修需要。
就这两点而言，以巴黎和柏林为核心的欧洲大陆和日本密集的城市带是最适合不过的。因此世界最先进的高速轮轨技术诞生在德、法、日这3个国家就非常合乎逻辑。
日本的高速铁路“新干线”诞生于1964年。当时的东京至新大阪“东海道”新干线仅用8年时间就收回全部投资。近40年来，新干线技术不断进步，已经构成了日该国内铁路网的主干部分。
虽然新干线的速度优势不久之后就被法国的TGV超过，但是日本新干线拥有目前最为成熟的高速铁路商业运行经验——近40年没有出过任何事故。而且新干线修建之后对于日本经济的拉动也是引起世界高速铁路建设狂潮原因之一。
TGV可能是唯一没有任何盈利色彩而享誉世界的法国产品。所谓TGV是Train à Grande Vitesse（法语“高速铁路”）的简称。第一条TGV是1981年的开通的巴黎至里昂线。此后不过几个月，TGV就打败法国航空拥有了这条线路的最大客源。
1972年的试验运行中，TGV创造了当时的318公里的高速轮轨时速。
从此TGV一直牢牢占据高速轮轨的速度桂冠，当下的纪录是2007年创下的574.8公里/小时。另外法国境内的加来至马赛TGV的平均时速超过300公里，表现也非常稳定。
法国TGV的最大优势在于传统轮轨领域的技术领先。1996年，欧盟各国的国有铁路公司经联合协商后确定采用法国技术作为全欧高速火车的技术标准。因此TGV技术被出口至韩国、西班牙和澳大利亚等国，是被运用最广泛的高速轮轨技术。
德国的ICE则是目前高速铁路中起步最晚的项目。ICE（Intercity-Express的简称）的研究开始于1979年，其内部制造原理和制式与法国TGV有很大相似之处，目前的最高时速是1988年创下的409公里。因此德国与法国政府正在设计进行铁路对接，用各自的技术完成欧洲大陆上最大的两个国家铁路网的贯通，在此之后，德法两国将构建极其方便快捷的短程高速交通系统。
ICE起步较晚和进展比较落后的一个重要原因是德国人在高速轮轨和磁悬浮的两线作战。由于磁悬浮在设计理念上的先天优势（没有固态摩擦），德国的常导高速磁悬浮一直是其铁路方面科研的重点。磁悬浮的设计理念与传统意义上的轮轨完全不同，因此当法国的TGV顺利投入运行，而且速度不亚于当时的磁悬浮时，德国人才开始在高速轮轨方面奋起直追，但是至今仍与法国TGV技术有不小的差距。
在认识建造高速铁路的优势后，美国奋起直追，不仅保留了原计划拆除的东北走廊电气化设施，而且在引进TGV技术的基础上，研制了具有美国特色的高速列车Acela，该列车连接了波士顿、纽约、费城、华盛顿。是美国唯一一条高速铁路。
1971年最早的TR1型磁悬浮面世之后，至今已经有八个型号。上海磁悬浮采用的就是最新的TR8型。
日本磁悬浮研究成功是在新干线正式运行10年之后的1972年，而且研究方向是与德国完全不同的超导方式。目前日本磁悬浮已经在试验中得到552公里/小时的最高速度。但是曾经实地考察过两国线路的朱镕基总理评价日本磁悬浮的噪音和晃动都大于德国磁悬浮。日本方面也以技术尚未完全成熟为由，拒绝向中国提供磁悬浮技术。
高速轮轨和磁悬浮虽然在设计方法上有天壤之别，却还有一点是共通的，那就是关注于改变列车和轨道的接触状况以提高速度。到目前为止，磁悬浮能够达到的设计运行最高时速为450公里（德国），试验最高时速552公里（日本）。与目前最高时速的高速轮轨TGV相比，磁悬浮的纯速度领先还并不明显，但它有明显的速度潜力和能耗比、噪音等。与此大相径庭的关注于改进机车牵引系统的摆式列车，很有可能是此后地面交通工具提高速度的另一个有益尝试。
德国、意大利和瑞典是最早进行摆式列车试验的国家，1997年以来摆式列车因为价格便宜和制造工艺相对简单，尤其是能够充分利用现有线路，不必铺设全新的铁路网络的优势，而逐渐能够在高速列车的竞争上与高速轮轨和磁悬浮分庭抗礼。
从国际趋势来看，摆式列车很有可能是一种在大规模成熟铁路网基础上完成提速，而且性价比较高的高速铁路技术。
最新资料表明，日本磁悬浮型高铁JR-Maglev已经超过法国，最高时速581km/h，成为实验时速世界最快的高铁。 超级高铁是技术贮备库，几个国家在研究。
2015-4-17“日本超导磁悬浮列车创时速590公里新纪录”报道：日本山梨磁悬浮试验线今后将转为运营线路，作为磁悬浮中央新干线使用，最高运营速度定为每小时505公里。东京品川站至名古屋站之间的路段预定在2027年开始运营。
2015-7-4日“马斯克的超级高铁或先在亚洲建成”报道：2013年，Elon Musk提出超级高铁计划，他认为超级高铁可以1200公里的超高时速远距离运送乘客。
中国正在研发真空管道磁悬浮技术。时速可达4000公里，能耗不到航客机1/10，噪音和废气污染及事故率接近于零，这是真空管道磁悬浮列车的惊人优势所在。