詹天佑于1861年出生在广东南海（今广州）一个没落茶商的家庭。他小时候正是清朝开始兴办洋务的时代。1870年，洋务派官僚曾国藩为了培养洋务人才，计划招收一批幼童，用官费送往美国留学。消息传出，福建、广东一带家境不太好的人家，都送孩子去应考。詹天佑考中了，1872年和其他孩子共30人，动身前往美国。
詹天佑12岁到美国，一住10年，由小学到中学，最后从耶鲁大学土木工程学系毕业。他学习刻苦，成绩相当好，毕业时数学考试得了第一名。1881年，詹天佑学成回国。轮船乘风破浪在大海里航行，他倚着栏杆，仰望翱翔的海鸥扑击海浪的雄姿。他的心飞得更远，早已飞回了太平洋彼岸的祖国。在10年留学生活中，他目睹美国烟囱林立的工厂，四通八达的铁路、公路，对比之下，深深感到祖国的落后。他一刻也没有忘记祖国，发奋地学习科学技术，正是为了学成一身技艺，好回来报效祖国。但是回国后，他先是当了几年的军舰驾驶员，后又在天津、福州、广州各处海陆军学堂去教书，一直无法实现他的理想。
1900年以后，中国人提出了自己修筑铁路的要求，清朝政府也设立了“铁路矿务总局”，准备拨用关内外铁路的一部分余利来兴建从北京通往张家口的京张铁路，而此前中国的铁路修建权一直被外国列强垄断着。