1934年，意大利开始研制电气化列车，经过风洞试验而开发的ETR200列车在1937年投入了博洛尼亚-罗马-那不勒斯的电气化铁路运营。在当时ETR200被认为是全欧洲最舒适，速度最快的商业列车。其改进型号ETR212可达到201KM/h的最高时速,打破了当时的世界纪录。这可以被认为是最早意义上的高速铁路。1937年12月，墨索里尼将其送去美国纽约参加世界博览会。
现代高速铁路主要分为日本新干线系统、法国TGV系统和德国ICE系统三大类。日本新干线以“子弹列车”闻名，在1964年东京奥运会前夕开始通车营运。第一条路线是连结东京与新大阪之间的东海道新干线。这条路线也是全世界第一条载客营运的高速铁路系统。新干线通车至今从未发生过因人为因素导致有人死亡的事故，因此号称全球最安全的高速铁路之一。其稳定运行全靠日本的良好电力技术，列车可以缩短至3分钟的班距运行，是唯一适合大量运输的高速铁路系统。除此之外由于全面采用动力分布式设计，新干线也是世界上行驶过程最平稳的列车之一。
台湾高速铁路（THSR）由台湾高速铁路股份有限公司负责兴建，后转移给政府继续经营。THSR采用日本新干线系统作为总体基础，不过为了适应台湾的气候环境和轨道状况，部分参考了欧洲高铁所采用的安全措施。台湾高铁线路位于台湾人口最密集的西部走廊，路线全长345公里。于2007年1月5日通车后，逐渐成为台湾西部重要的长途运输工具之一，亦为台湾轨道工业指标。
法国高速列车也称TGV，是日本新干线之后的世界第二条商业运行高速铁路系统。TGV列车系统由阿尔斯通公司和法国国家铁路公司设计建造并由后者负责运营。1981年，TGV在巴黎与里昂之间开通，如今已形成以巴黎为中心、辐射法国各城市及周边国家的铁路网络。
2007年4月3日，TGV列车以574.8公里的时速创造了轮轨列车的最快世界纪录。同时，TGV当时世界上定期轮轨客运列车中平均速度最快的。
TGV的成功促进了铁路网络的扩张，多条新线路在法国南部、西部和东北部建成。法国的铁路网络逐渐与邻国相连，欧洲之星应运而生。欧洲之星高速列车（Euro Star)是欧洲首列国际列车,1994年投入运营。它的设计针对一项著名的工程：英吉利海底隧道。它穿越英吉利海底隧道并把伦敦、巴黎和布鲁塞尔三个首都连接起来。欧洲之星的最高速度可达到300公里/小时，乘客从伦敦的滑铁卢(Waterloo)火车站搭乘欧洲之星到达巴黎只需要2小时35分钟。欧洲人首次可以从英国搭乘火车快速地到达欧洲大陆，而且旅途舒适便捷，不用再忍受搭乘飞机时的诸多不便。
AGV，法语意思为“高速动车组”，是法国最新研制的实验性高速铁路车辆，为动力集中式的TGV的后续产品。其目标运营速度为360km/h。相较动力集中式的TGV，采用分布式动力系统的AGV优势更加明显。 在环保和能源利用方面，其98%的机体使用了可回收材料，其功率重量比达到了22.6kw/t，温室气体排放量也较其他交通工具大大降低。对运营商而言，AGV最大的优势是配置灵活。运营商可按需配置7、8、11或14节车厢来搭载250到650名的乘客。
TGV列车系统作为一个成功的范本，被各国引进。韩国KTX采用法国TGV-A型动车组，总数为46组，当中12组由法国阿尔斯通公司制造，其余34组则在韩国制造。被誉为“世界十佳列车之一”。其选择的路线恰在韩国经济最为发达的中部腹地，一头是人口1200多万的韩国首都，也是政治、经济、文化中心的首尔；另一头是韩国最大港口、第二大城市釜山。KTX高铁线于2004年4月1日正式开通。
美国阿西乐快线（Acela Express），是一条由美铁（Amtrak）经营、沿美国东北走廊的高速铁路，从华盛顿特区至波士顿，途经巴尔的摩、费城和纽约。阿西乐快线也采用了TGV技术。它是美国第一条真正意义上的高速铁路，最高时速可达240公里，但平常行驶的平均时速都保持在160KM/h。阿西乐快线深受东北走廊的商务旅客及观光旅客青睐，相对航空业和其他铁路列车的旅客份额比例来看，在华盛顿-纽约已经抢占了超过50%，在纽约-波士顿也达整体的37%。根据营运计算，每年使用人次300万以上，2009年统计达690万人次。
西班牙高速列车简称AVE，早期AVE列车采用法国TGV技术，其后分别采用过西班牙本地TALGO和德国ICE技术。AVE与西班牙其他铁路线采用的宽轨不同，使用了标准轨道，让其未来可以与其他地区的铁路相连接。
德国从1986年正式开始研发高速铁路，ICE——试验型城际列车特快(InterCityExperimental)——于1989年投入服务。为了适应在整个欧洲的推广，ICE发展到第三代车型ICE3时取消了动力车头。动力输出被分散在列车各车轮上，各车廂推进力量相同，在同等耗能下大大提升列车的稳定性、动力效率与爬坡能力。以ICE3的技术为基础，德国高铁也发展出了ICE-T（电力驱动）和ICE-TD（柴油驱动）两种摆式列车，ICE T/TD不以直线上的最高速度作为主要发展的目的，而是保持车辆在弯道上的平均车速，可以很好的适应多弯的山路，独有的车体倾斜技术令列车能够应付更多、更急的弯道并以更高的车速过弯。
在1998年6月3日，一列时速约200公里的ICE1型列车在下萨克森州脱轨，并在一座桥梁的前面解体，造成101人死亡，88人重伤。事故的起因是一个材料有缺陷的车轮发生了故障。车廂被300吨重的惯性力抛出轨道并彻底毁坏，整列列车扭曲并翻车。高速所导致的严重事故，这也是世界各系列的高铁都面临的一个安全隐患。
2006年，俄罗斯铁路股份公司与西门子合作，在ICE3的技术基础上，研发生产出了适应俄罗斯宽轨的高速列车Velaro RUS EVS，第一代的设计时速可达250km/h，二代可达330 km/h。第一批Velaro列车在2009年投入运行，Velaro高速列车相对欧洲其他高速列车车体宽度增加了330 mm，列车总长250米，可搭载6000名乘客。基于Velaro平台，西门子为中国定制了Velaro-CN，也就是CRH3型列车。
90年代末期，中国开始研制自己的高铁系统。在研究了各国高铁技术并和三大主流高铁系统制造商交流合作的基础上，于2007年2月1日开始在广深线投入试运行。首发车型为CRH1。CRH1型动车组的原型车是瑞典国铁设计的Regina C2008型电力动车组，采用交流传动及动力分布式设计，设计最大运营速度为250公里/小时，但实际运用中CRH1A的最大运营速度受动车组微机控制系统软件锁定（软件限速），初期最高运营速度为205公里/小时。
CRH2型是以日本新干线的E2系为基础，是台湾高铁700T型之后，第二款自日本出口的新干线列车。2004年10月，“日本企业联合体”与中国铁道部签订出口铁路车辆、转让技术合同，总价值93亿元人民币。根据合同，60列当中有3列在日本完成，并完整地运往中国；剩余多组将通过技术转移，由南车集团在国内生产。CRH2A基本上与日本的原型车E2系相同，并使用与E2系相同的牵引电动机，在中国进行了本土化改进，包括使用德国技术改造受电弓，以适应高变化的沿线接触网，以及在驾拖车顶部安装多种信号天线。其改进型CRH380A即将在京沪高铁上投入运营。
CRH3列车的原型为德国铁路的ICE3列车。2005年，中国北车以6.69亿欧元的总价引进西门子公司技术，在国内生产实现国产化。CRH3C型电力动车组依然采用动力分布式，最高运营速度达350km/h。2008年8月1日，京津城际铁路于正式通车运营，CRH3C型动车组也于当日起投入运营，当年6月，CRH3型动车组在京津城际铁路运行试验中创出394.3Km/h的时速，北京到天津只用25分10秒，创出目前国内运营铁路的最高速度。
“CHR4”这个型号，则预留给中国自主研发的动车组，预先投入运营的是CRH5型动车组。CRH5的车体以芬兰铁路的SM3动车组为原型，动力设计上以法国阿尔斯通的Pendol}ino宽体摆式列车为基础。2004年，铁道部和阿尔斯通签订总值6.2亿欧元的合同，根据合同，{阿尔斯通将7项高速列车的关键技术转移给中国，用于生产CRH5。同时，CRH5是动车组系列中唯一对原型车的进行了大幅度的改动的车型。在耐寒性方面，CRH5比CRH1及CRH2优胜，其承受温度范围可达±40℃，大多数被安排于中国东北地区运用。
目前全世界运营中的高铁总里程已达上万公里，这些线路分布在14个国家和地区。舒适方便、能源消耗低、运输效率高，发展高铁已是当今世界铁路发展的共同趋势。
