异国求学
詹天佑出生在一个普通茶商家庭。儿时的詹天佑对机器十分感兴趣，常和邻家孩子一起，用泥土仿做各种机器模型。有时，他还偷偷地把家里的自鸣钟拆开，摆弄和捉摸里面的构件，提出一些连大人也无法解答的问题。
1872年，年仅12岁的詹天佑到香港报考清政府筹办的“幼童出洋预习班”。考取后，父亲在一张写明“倘有疾病生死，各安天命”的出洋证明书上画了押。
从此，他辞别父母，怀着学习西方技艺的理想，来到美国就读。
在美国，出洋预习班的同学们目睹北美西欧科学技术的巨大成就，对机器、火车、轮船及电讯制造业的迅速发展赞叹不已。有的同学由此对中国的前途产生悲观情绪，而詹天佑却坚定地说：“今后，中国也要有火车、轮船。”
他怀着为祖国繁荣而发奋图强的信念，刻苦学习，于1867年，以优异的成绩毕业于纽黑文中学。同年5月，他考入耶鲁大学土木工程系，专攻铁路工程。
在大学的4年中，詹天佑刻苦学习，在毕业考试中名列第一。
1881年，在120名回国的中国留学生中，获得学位的只有两人，詹天佑就是其中的一个。
初战告捷
1888年，詹天佑几经周折，转入中国铁路公司，担任工程师，这是他献身中国铁路事业的开始。
刚上任不久，詹天佑就遇到了一次考验。当时从天津到山海关的津榆铁路修到滦河，要造一座横跨滦河的铁路桥。滦河河床泥沙很深，又遇到水涨流急。铁路桥开始由号称世界第一流的英国工程师担任设计，但失败了；后来请日本工程师实行包工，也没成功；最后让德国工程师出马，不久也败下阵来。詹天佑要求由中国人自己来做，负责工程的英国人在走投无路的情况下，只得同意詹天佑来试试。
詹天佑是一个认真踏实的人，他分析总结了3个外国工程师失败的原因后，便身着工作衣与工人一起实地调查，严密测量。夜晚，借着幽暗的油灯，又仔细研究滦河河床的地质构造，反复分析比较，最后才确定桥墩的位置，并且大胆决定采用新方法一“压气沉箱法”来进行桥墩的施工。
詹天佑果然成功了，滦河大桥建成了。这件事震晾了世界：一个中国工程师居然解决了3个外国工程师无法完成的大难题。
修筑京张铁路
1905年，京张铁路由于英、俄争夺筑路权相持不下，清政府决定由中国自建，任命詹天佑为总工程师。外国人讥笑中国“自不量力”、“胆大妄为”。
詹天佑决心为国争光。在修建京张铁路的过程中，面对艰巨的工程，詹天佑充分展示了他的才华和科学创新精神。细致测量，精心设计施工。
开凿居庸关和八达岭两个隧道时，在没有新式开山机、抽水机和通风机设备的困难情况下，詹天佑创造性地采用两端开凿，中开竖井的施工方法，顺利解决了面临的道道难题。并对地势陡险、坡度大的八达岭，设计成“人”字路线，使列车顺利行驶。行车时遇到车厢脱节，还仿造了自动挂钩，人称“天佑钩”。此条铁路6年计划，4年竣工，节约投资28万两白银。当时被外国工程师视为奇迹。