土西铁路南起塔什干以北（自中亚铁路分出），向东北经奇姆肯特、塔拉兹、比什凯克到哈萨克最大城市阿拉木图。此后向北经巴尔喀什湖东端多斯特克站与来自中国新疆的北疆铁路汇合，经巴尔瑙尔，最后在新西伯利亚连接西伯利亚铁路。
修建过程早在第一次世界大战前和中从今天的土西铁路的两端开始修建铁路。
从东边这是1915年开始使用的650千米长的阿尔泰铁路（Алтайская?железная?дорога），这条铁路从新西伯利亚经巴尔瑙尔至塞米伊。
从西边从俄罗斯中部和塔什干之间向塔拉兹修建铁路。1917年俄国二月革命和十月革命使得这个工程暂时停止。此时这条铁路长200千米，离目的地还有70千米。苏联国内战争结束后工程又开始。1921年铁路修到塔拉兹，1924年到达比什凯克，此时它长约550千米。
1990年9月12日，我国兰新铁路西段与苏联土西铁路在中苏边境的新疆阿拉山口站和苏联德鲁日巴站之间胜利接轨，举世瞩目的第二座亚欧大陆桥宣告全线贯通。
9月12日北京时间11点55分、莫斯科时间6点55分，中苏双方的铺轨机高扬起巨大的铁臂，同时将各自一方的最后一节轨排徐徐吊落，铺设对接在宽大的路基上。12点零5分，中国铁道部副部长孙永福由新疆维吾尔自治区主席铁木尔·达瓦买提陪同，苏联交通部副部长尼基金由哈萨克加盟共和国部长会议主席乌扎克巴依·卡拉马诺夫陪同，双方来到中苏铁轨连接处，分别代表中苏两国政府完成最后的接轨工作——用扳手依次拧紧联结中苏铁路钢轨的螺栓。北京时间12点12分，当两位副部长同时拧紧中方和苏方各侧的最后一颗螺栓并高兴地互赠扳手时，全场响起了长时间的热烈掌声。至此，在亚欧大陆上，一座新的联接太平洋和大西洋跨越两大洲，东起我国连云港，西至荷兰鹿特丹，全长10800公里的亚欧大陆桥宣告全线贯通。
管理与现状土西铁路于1931年1月2日开通后拥有一个自己的铁路局，但是它仅管理该铁路的部分线路。
1953年通往卡拉干达的铁路开通。
1958年6月13日土西铁路的铁路局也接管通往卡拉干达的铁路。
在俄罗斯苏维埃联邦社会主义共和国境内的大部分段落不属于土西铁路铁路局管理，而是受西伯利亚的铁路局管理。至1918年为阿尔泰铁路局，从1934年至1961年为东西伯利亚铁路局，此后为西西伯利亚铁路局。今天该铁路局依然管理俄罗斯境内的部分。
现状
1970和1980年代里土西铁路的组织多次更变。1991年苏联解体后从苏联和哈萨克斯坦的边境开始的大部分线路及其支线属于哈萨克斯坦国家铁路（?0?2аза?0?3стан?Темiр?Жолы）。它是哈萨克斯坦南部的重要交通线路。
从1989年开始土西铁路开始逐渐从西部电气化。从2003年开始在阿拉木图和哈萨克斯坦的新首都阿斯塔纳之间运行哈萨克斯坦最快的火车：泰尔戈列车。
土西铁路的一条单线且没有电气化的支路是吉尔吉斯坦国家铁路（Кыргыз?Темир?Жолу）的唯一铁路线。
大陆桥附：世界四大“大陆桥”
“大陆桥”是把本大陆东、西两侧的海上运输，用横亘在陆上的具有国际意义的铁路大干线连接起来的交通大动脉。它的主要功能是便于开展海陆联运，缩短运输里程。
亚欧大陆桥：此“桥”东起我国江苏省的连云港市，西止欧洲荷兰国的鹿特丹，横贯中国、前苏联、波兰、德国及荷兰等国，地跨亚、欧两大洲，全长10800公里，1990年9月12日全线接通，它是世界上最“年轻”的一条大陆桥。
北美大陆桥：这是世界上出现最早的一条大陆桥。美国独立战争以后，为了加速发展西部地区经济，把铁路线不断向西延伸。年复一年，遂发展成为今天的规模。这条大铁路，东起纽约，西止圣弗朗西斯科（旧金山），全长４５００公里。它东接大西洋，西连太平洋，缩短了两大水域之间的距离，省却了货物水路绕道巴拿马运河的麻烦。
南亚大陆桥：在亚洲南部的印度半岛上，从东岸的加尔各答港，到西岸的孟买港之间，有一条东西向的长约２０００公里的大铁道。这就是通常所说的“南亚大陆桥”。它使阿拉伯海与孟加拉湾之间的海上运输可以改成铁路联运。
南美大陆桥：长１０００多公里。东起阿根廷的布宜诺斯艾利斯，西止智利首都圣地亚哥，联接大西洋和太平洋两大水域，有利于南美诸国间的协作，促进经济开发。
苏联时期1927年在苏联的第一个五年计划中将这两条铁路通过哈萨克斯坦东南部的草原和半沙漠连接到一起成为一个被宣传广泛的大项目。
1929年苏联拍了一部纪录片来宣传这个工程。这部纪录片被看作是苏联无声电影晚期纪录片中的代表作之一。土西铁路这个名称也是这个时候出现的。
1931年全长1452千米的连接线路开通。原有的两端的铁路线也被并入土西铁路，使得它的总长度到达2351千米。这样正在开发的西伯利亚与苏联的中亚部分连接到了一起。通过已有的塔什干铁路它与费尔干纳盆地中的杜尚别。除此之外通过1880年代已经建造的铁路它还可以通到撒马尔罕、布哈拉、阿什哈巴德和最后通到里海边的土库曼巴希。
