نخستین متروی جهان در سال ۱۸۶۳ میلادی در شهر لندن آغاز به کار کرد. شهرهای پاریس، بوداپست، استانبول و گلاسگو پس از آن به سیستم مترو مجهز شدند. استفاده از فناوری مترو در اواخر قرن ۱۹ و اوایل قرن ۲۰ میلادی به سرعت در شهرهای بزرگ اروپا و امریکا گسترش پیدا کرد.
در حال حاضر ۱۶۰ شهر جهان دارای سیستم مترو هستند و در ۲۵ شهر دیگر مترو در دست احداث است. شهرهای توکیو، مسکو و سئول دارای پر استفاده‌ترین متروهای جهان هستند.
سابقه بحث و گفت‌وگو درباره احداث قطار شهری در تهران به 110 سال قبل باز می‌گردد. زمانی که تاسیس تراموای شهری از جمله نکات پیش بینی شده در امتیاز نامه‌ای بود که در عهد ناصرالدین شاه با بارون ژولیوس دو رویتر روی کاغذ آمد. طی همین سال‌ها یک خط آهن رو زمینی که به «واگن اسبی» معروف شد، بین دروازه شهر ری (حضرت عبدالعظیم) و میدان باغ شاه احداث شد. خدمات اتوبوسرانی در تهران نیز از زمان سرویس واگن اسبی دوران قاجار و سرویس اتوبوسرانی موسوم به «خط کمربندی» در دهه ۳۰ در تهران دایر شد.
نخستین برنامه‌ریزی‌ها برای بنیان‌گذاری مترو (قطار زیرزمینی) به سال ۱۳۵۰ بازمی‌گردد. در مهر ۱۳۵۳ مطالعات مربوط به حل مشکلات ترافیک، متروی تهران توسط شرکت‌های مشاور خارجی از جمله سوفرتو منتج به پیشنهاد سیستم بزرگراه مترو با ۷ خط شد.
بر اساس این مطالعات، احداث مترو به عنوان اساسی‌ترین راه‌حل بهبود ترافیک تعیین شد. شرکت فرانسوی از ۱۳۵۶ عملیات اجرایی احداث خط یک را در اراضی شمال تهران (بزرگراه شهید حقانی امروزی) آغاز کردند اما در پی جنگ ایران و عراق، نماینده شرکت خارجی ایران را ترک کرد و در اواخر سال ۱۳۶۰ هیات وزیران توقف کامل طرح توسط مشاوران خارجی را اعلام کرد.
در ۱۳۶۳ پس از ارایه گزارشی از طرف جمعی از کارشناسان ایرانی در خصوص لزوم احداث مترو و طرح مساله ضرورت احداث مترو در نماز جمعه تهران توسط اکبر هاشمی‌رفسنجانی ریاست وقت مجلس، در فروردین ۱۳۶۴ هیات وزیران اجرای طرح متروی تهران را تصویب و فعالیت‌های مترو مجدداً در تهران آغاز شد.
بهره‌برداری از متروی تهران (بخش‌هایی از خطوط یک، ۲ و ۵) طی سال‌های ۱۳۷۸ تا ۱۳۸۰ آغاز شد که قسمتی از وظیفه جابه‌جایی مسافران درون شهری و برون شهری (تهران- کرج) را به عهده گرفت، البته نخستین مسیر فعال، مسیر شماره ۵ مترو بود که بین تهران و کرج مسافران را جابه‌جا می‌کرد.
از اواخر سال ۱۳۸۵، با افزایش مسافران و تعداد قطارها، جهت بهره‌برداری از مترو بخشی از بدنه اصلی سازمان قطار شهری تهران و حومه جدا شده و با عنوان شرکت بهره‌برداری راه‌آهن شهری تهران و حومه به کار خود ادامه داد.
