Официально строительство началось 19 (31) мая 1891 года в районе близ Владивостока (Куперовская падь), на закладке присутствовал цесаревич Николай Александрович, будущий император Николай II. Фактически же строительство началось раньше, в начале марта 1891 года, когда началось строительство участка Миасс — Челябинск.
Одним из видных руководителей строительства одного из участков был инженер Николай Сергеевич Свиягин, в честь которого названа станция Свиягино.
Часть необходимых грузов для строительства магистрали были доставлены Северным морским путём, учёный-гидролог Н. В. Морозов провёл 22 парохода из Мурманска к устью Енисея[6].
Рабочее движение поездов по Транссибу началось 21 октября (3 ноября) 1901 года, после того, как было уложено «золотое звено» на последнем участке строительства Китайско-Восточной железной дороги.
Регулярное сообщение между столицей империи — Санкт-Петербургом и тихоокеанскими портами России — Владивостоком и Порт-Артуром по железной дороге было установлено в июле 1903 года, когда Китайско-Восточная железная дорога, проходящая через Маньчжурию, была принята в постоянную («правильную») эксплуатацию. Дата 1 (14) июля 1903 года ознаменовала собой также ввод Великого Сибирского Пути в строй на всём его протяжении, хотя в рельсовом пути был перерыв: через Байкал приходилось переправлять поезда на специальном пароме.
Непрерывный рельсовый путь между Санкт-Петербургом и Владивостоком появился после начала рабочего движения по Кругобайкальской железной дороге 18 сентября (1 октября) 1904 года; а спустя год, 16 (29) октября 1905 года, Кругобайкальская дорога, как отрезок Великого Сибирского Пути, была принята в постоянную эксплуатацию; и регулярные пассажирские поезда впервые в истории получили возможность следовать только по рельсам, без использования паромных переправ, от берегов Атлантического океана (из Западной Европы) до берегов Тихого океана (до Владивостока).
После поражения России в русско-японской войне 1904—1905 годов возникла угроза того, что Россия будет вынуждена уйти из Манчжурии и таким образом лишиться контроля над Китайско-Восточной железной дорогой, тем самым потеряв восточную часть Транссиба. Необходимо было продолжить строительство так, чтобы магистраль проходила только по территории Российской империи.
Конец строительства на территории Российской империи: 5 (18) октября 1916 года, с пуском моста через Амур близ Хабаровска и началом движения поездов по этому мосту.
Стоимость строительства Транссиба с 1891 по 1913 год составила 1 455 413 000 рублей (в ценах 1913 года).