在19世纪50年代末至60年代初，英国有一位能言善辩的律师，叫查尔斯·皮尔逊。他看到伦敦的地面交通十分拥挤，并想到今后这种情况会越来越严重，而新兴的铁路运输在人和货物的运载量和速度方面，已显示出巨大优势，就建议市政府兴建地下铁道。在1863年，伦敦建成了世界上第一条地下铁道，长6千米。这是名副其实地将地面的铁道搬到了地下。在地下的巨型管道中，蒸汽机车拉着列车轰鸣运行，冒出的黑烟长时间地在车站、隧道中聚集，让人看不清周围的东西，呛得人们咳嗽不停。到1890年，英国建成了用电力机车牵引的地下铁道。
由于地下铁道具有运量大、不阻塞、低噪音、无污染、安全舒适、节约能源等优点，因此发展很快。目前，地下铁道运行里程最长的是美国，而兴建地下铁道城市最多的国家是苏联，其次是美国，日本居第三。
修建地下铁道的方法大体可分明挖法和暗挖法两种。明挖法就是在地面先挖一长坑，在坑里铺设一条巨大的管道，再在管道内铺上铁道，安装信号系统，建好站台，等等，再用土把这管道埋好。这种方法一般用于建设离地面较浅的地下铁道（15米以内）。这种施工工序简单，可充分发挥大型土建机械设备的效能。天津地下铁道和北京地下铁道的一线、环线都是这样建成的。
而暗挖法是像蚯蚓钻洞那样，所有的工作都在地下完成，仅把挖出的土运到地面就是了。现在北京、广州正在建设的地下铁道就是采用的这种方法，它特别适用于城市中心地带或距地面较深处修建地下铁道。
现在，地下铁道使用的机车都是电力机车，但与常规的电力机车不大一样。为了降低隧道的高度，电源线路不在车厢上方，而在侧面，所以机车的导线架也不设在车顶，而设在车门以下。此外，每节车厢都有电动机，许多车厢都有驾驶室，这样，列车起动、制动都快而灵活，易于编组，可以从两个方向运行。地下铁道的列车一般由3—6节车厢组成，每节长13—15米，可搭乘11—200人，有的车厢更大，可容纳900人左右。
1997年，苏联在地震多发区的塔什干（现为独立的塔什干共和国首都）建成了一条长15.4千米的地下铁道。这是第一条建在地震区的地下铁道。他们采用了多种特殊技术和设施来应付地震。比如，每隔15米安装一台地震传感器，只要有任何轻微震动，传感器就能自动发出警报，使人们戒备。这样，一旦发生即使是里氏七级的地震，地铁会立即停止运行，整个地下铁道仍能安全，保持完好。地震区的地下铁道对发展当地的经济和交通事业起着重大作用，但由于这种地下铁道每千米的造价和自动化程度都高于一般标准，所以投资、运行费也高，要求更复杂、严格的管理系统。
欧洲的人力资源不那么丰富，为节省人力，提高客运量，法国于1982年建成世界上第一条无人驾驶的地下铁道。列车时速为60-80千米。在人流高峰时，1分钟开出一趟，平常是每5分钟一趟，每天客运量约5万人次。无人驾驶的地下铁道自动化程度高，驾驶、售票、检票全部采用自动装置。
全线只有5名工作人员在控制室内通过2000台电视屏幕进行监控。控制室的电脑与各站台、车厢内200个微型信息处理机相连。万一发生故障，遥控系统可令列车减速或停车。
一般故障由控制中心排除，特殊故障才到现场处理。此外，每个车站都装有双重安全系统，站台门只有车门打开时才开启，以保证安全。如果车厢内有人犯罪，乘客可随时用车内电话与控制中心联系，遥控系统可令车门锁上，把车一直开到有40名警察的特种警卫车站，然后处理事件。这条线路从未发生过事故，以安全可靠著称。
地下铁道的优点虽然很多，但造价昂贵是它的致命弱点。
为降低造价，很多国家把郊区的地下铁道线路建在地面上，把市区部分地下铁道线路建在高架桥上，因此“地下铁道”成了市内地下、地面、高架铁道的总称。现在只有马德里、汉城、北京等十几座城市的地下铁道全部建在地下（但北京至通县的地铁将建在地面），而像芝加哥、伦敦、旧金山等城市，地下铁道的地下部分还不及全长的一半。
