清朝因容閎的建議，於1872年到1875年間，派出四批小留學生到美國讀書，平均年齡十二歲。因兩國文化差異很大，小留學生到美國後的言行舉止，或與國內習俗未盡相同，被若干人士目為「離經叛道」，因而時有撤回小留學生的聲音。第四批小留學生清廷原希望他們讀軍校，但美方不同意，卻准日本留學生進軍校就讀。清廷一些高官大吏更加憤懣，朝廷終於命令全體小留學生返國（詳情請參閱《今文觀止》卷1第240頁）。僅有兩人在耶魯大學完成大學課程，取得學位，一是歐陽庚，一是詹天佑。
歐陽庚學外交，回國後曾先後被派駐加拿大、巴拿馬和墨西哥等國。詹天佑則為鐵路專業，中國自主、自費修建的第一條鐵路，就是詹天佑建成的。他一生建了許多條鐵路，把當時貧困落後的中國，放在鐵軌上跑動起來。
當然，在歐陽庚和詹天佑之外，其他小留學生雖未及取得學位，但也受到美國先進教育的薰陶與培育，後來對中國都有很重要的貢獻，譬如外務部尚書梁敦彥、民國第一任內閣總理唐紹儀、北洋大學校長蔡紹基、清華大學校長唐國安，以及其他學礦冶、學電訊和學工業製造等各方面的學生，都為後人所記憶。但詹天佑的鐵路專業，在當時最為中國所需要，而其建路成果，亦能久傳後世。
詹天佑，祖籍徽州府婺源縣，1861年出生於廣東省南海縣，父親詹興洪是經營茶葉的小生意人。1872年容閎在香港招募小留學生赴美留學。詹興洪的朋友譚伯□，在澳門經商，是見過世面的人，力勸詹興洪讓兒子去美讀書。如果詹興洪同意，他願意把女兒譚菊珍許配給詹天佑。詹興洪被說動了，同意讓兒子放洋，而且為兒子出具了〈出洋志願書〉：
具結人詹興洪今與具結事，茲有子天佑送赴憲局，帶往花旗國肄業，學習機藝。回來之日，聽從差遣，不得在外國逗留生理。倘有疾病生死，各安天命，此結是實。
童男，詹天佑，年十二歲，身中，面圓白，徽州府婺源縣人氏。曾祖父賢。祖世鸞。父興洪。
1872年八月，包括詹天佑在內的三十名學童，乘坐輪船，乘風破浪前往「花旗國」。
詹天佑在美國小學和中學讀書，非常用功，各科成績均極優秀，尤其數學，經常拿獎學金。而且他也不是「死讀書」的學生，他歡喜各種體育活動，包括美國人最拿手的棒球，這教同學們大為驚訝。
1878年，詹天佑以優異成績進入耶魯大學，修讀土木工程，並以鐵路為專業，因為西方正興起「以鐵路起飛帶動經濟起飛」的理論，詹天佑理解到鐵路對中國的重要性。
另外，適值美國舉辦建國一百周年慶祝活動，小留學生們參觀了一個規模巨大的百年博覽會，見識了美國建國一百年來的各項生產成就，和當時世界上最新的科學技術成果。他們目睹北美西歐科學技術的巨大成就，對機器、火車、輪船及電訊製造業的迅速發展讚嘆不已。而在中國館裡，展品都是中國傳統的農副產品和手工製品，比西方資本主義機器大生產落後了一個世代。這次活動刺激了詹天佑，他感受到中國與西方的差距，堅定了他學習鐵路建設的決心，那是當時西方最先進的技術。
1881年五月，詹天佑以〈碼頭起重機研究〉為論文畢業，獲得學士學位。同年，清政府撤回所有留學生。在一百多名留學生中，只有詹天佑及歐陽庚及時取得了學位。
詹天佑回國後，因當時中國沒有鐵路建設，被派到福州船政局學習海軍輪船駕駛，經過船上實習，1884年二月後留在學堂任教。1885年被調到廣州黃埔水師學堂任教習，曾勘製廣東沿海海圖。
1888年，詹天佑轉入由李鴻章、伍廷芳興辦的中國鐵路公司，在英國工程師金達之下擔任見習工程師，得到學以致用的機會。當時從天津到山海關的津榆鐵路修到灤河，要造一座橫跨灤河的鐵路橋。灤河河床泥沙很深，又遇到水漲流急。鐵橋開始由號稱世界第一流的英國工程師擔任設計，但該工程師失敗了；後來請日本工程師來，也無法完成；最後請德國工程師繼任，不久也以失敗收場。詹天佑要求由中國人自己來建，負責工程的英國人在走投無路的情況下，同意讓詹天佑來試試。詹天佑分析各種打樁方法，仔細研究灤河河床的地質土壤情況，經過縝密的測量與調查之後，結合中國傳統的橋梁打樁方法和西方近代先進技術，採用新式的氣壓沉箱法建造橋墩，最後於1894年順利完成灤河大橋工程。也是在這一年，詹天佑得到了國際工程學界的充分認可，被選為英國土木工程師學會的會員，成為第一個參加國際學術組織的中國人。
由於在1887年至1888年間，詹天佑參與興建連接唐山至天津的唐津鐵路中，塘沽至天津段的津沽鐵路鋪軌，很快便得到金達的賞識，升任工程師。
1901年，八國聯軍退出北京，逃亡西安的慈禧回京後，宣布要坐火車去西陵祭祖，下令為她修築一條來往高碑店至易縣的新易鐵路。慈禧把修路的事交給袁世凱，要求在六個月內竣工。袁世凱本想請英國工程師金達主持修路，但卻遭到法國的反對。在英法兩國相持不下的情況下，1902年十月袁世凱任命詹天佑為總工程師，負責興建。詹天佑以四個月時間及低廉的成本，建成了這條鐵路。雖然它只有三十七公里長，沒有很大的實質作用，但卻是首條由中國人自行修建的鐵路。慈禧坐了鐵路火車，很高興，召見詹天佑嘉勉，賞賜了一些貴重的東西，詹天佑只拿了一隻鐘作紀念，其他都轉送給工作同仁分享。
之後清政府準備興建連接北京至張家口的京張鐵路。由於這條鐵路具有重要的戰略價值，英國及俄國都希望得到建造權而相持不下。然而，英國、俄國的鐵路高級計畫測量師和工程師在經過多次的探勘後，認為難度極大。因為燕山山脈群中有不少的陡峰，其中被選為「第二隧道」的燕山二號峰其地質大多為花崗岩及玄武岩，很難使用一般「炸隧開道」的方法，這使得列強要求京張鐵路需追加頗多預算。
1905年，袁世凱決定不用外國資金，也不任用外國人，全部由中國自行修建。詹天佑被任為總工程師，之後更兼任鐵路總辦。京張鐵路全長約222公里，由於要經過長城內外的燕山山脈，需要興建不少隧道及橋梁，工程相當複雜。當時多數外國人質疑中國人自行建造這條鐵路的能力；詹天佑亦明白工程艱鉅，並關係到國家的利益和中國工程師的聲譽，故堅持努力嘗試。他說：「中國地大物博，而於一路之工，必須借重外人，引以為恥。」詹天佑從三條他本人親自勘定的路線中，選擇兼顧成本及路線走向、客流量較為適中的一條。他在給政府的報告中說：「此路早成一日，國家即早獲一日之利益，而商旅亦可早享一日之便利，外人亦可早杜一日之覬覦。」
京張鐵路在四年後的1909年8月11日建成，10月2日通車，施工時間比原定縮短了兩年；而建造成本亦比原來預算節省三十五萬兩白銀。鐵路上有四條隧道，其中八達嶺隧道長1092公尺，採用豎井方法挖掘，另外有二百公尺鋼架結構的懷來大橋，此外還有盡是懸崖峭壁的八達嶺段，詹天佑使用了「人」字軌道攀斜，解決了地勢險要、坡度過大而資金有限的問題。京張鐵路的成功建造，不單是中國近代工程史上的重要成就，對中國正掀起民間自辦鐵路的風氣，起了很大的激勵作用。
京張鐵路建成後，詹天佑獲宣統賜工科進士，任留學生主試官等職。1910年，任廣東商辦粵漢鐵路總公司總理兼工程師，1912年兼任漢粵川鐵路會辦，負責興建粵漢及川漢鐵路。
民國成立後，1913年詹天佑獲政府委任為交通部技監，1914年六月，出任漢粵川鐵路督辦，是年十月獲頒授二等嘉禾勳章。1916年，獲香港大學頒授榮譽法學博士學位。1919年初，受命往海參崴和哈爾濱任協約國監督遠東鐵路會議的中國代表。
第一次世界大戰結束召開「巴黎和會」，詹天佑致電中國代表反對國際共管中國鐵路。受命代表中國出席國際聯合監管遠東鐵路會議。二月，往海參崴、哈爾濱赴會。會議中，日冒嚴寒赴會，夜研文書議案，唯恐主權受損，他以崇高國際聲望，與赴會中國代表共同努力取得了中東路沿線由我國駐軍護路權，防止了列強以護路為名、武力奪取中東路，並爭得了我國工程師在中東路的工作地位。詹氏因操勞過度，心身俱疲，舊日腹疾復發，不得已請假就醫。1919年4月20日到漢口，21日入仁濟醫院，24日因腹疾嚴重、心力衰竭逝世，終年五十八歲。臨終遺囑語不及私，向國家陳述三事：一、振奮發揚工程師學會活動，以興國阜民；二、慎選人才管理俄路，以揚國光；三、就款計工，唯力是視，腳踏實地建成漢粵川全路。並稱，上述三事乃天佑未了之血忱，如得到國家採納，則天佑雖死之日，猶生之年。
詹天佑畢生盡瘁中國鐵路事業，包括：唐山鐵路、灤河大橋、京津鐵路、萍醴鐵路、新易鐵路、京張鐵路。中國當年自建鐵路，他無役不與，所以被稱為「中國鐵路之父」。
大陸國家負責人習近平2019年12月30日在「京張高鐵」開通致詞時指出：「1909年，京張鐵路建成﹔2019年，京張高鐵通車。從自主設計修建零的突破到世界最先進水平，從時速35公里到350公里，京張線見證了中國鐵路的發展。」其中「自主設計修建零的突破」，就是由詹天佑實現的。
零的突破，是詹天佑的歷史，也是中國的歷史。
（撰寫本文，曾參考《學習時報》、焦麗萍的文字）
詹天佑提倡：必須敬愛妻子 才能忠於事業
在詹天佑那個年代，有社會地位或事業有成就的男子，納妾是極普通的現象，但詹天佑終生奉行「一夫一妻」制。1887年3月27日，二十六歲的詹天佑和十九歲的譚菊珍在雙方父母的主持下於澳門結婚。夫妻感情極好，他們生了八個孩子，五男三女。因為詹天佑工作的關係，他們的八個孩子都出生於不同的地方，鐵路修到哪裡，詹天佑夫婦就把家安在哪裡。
詹天佑認為男人必須敬愛妻子，不愛妻子的男人，也必定不會忠於事業與朋友，他非常反感聽到夫妻爭吵、離婚這類事情，一旦聽說誰家夫妻不睦，他總認為錯在男人。平時，他反覆告誡部下要尊重愛護妻子。京張鐵路上，職工大多十分尊重妻子，家庭普遍和睦，夫妻吵嘴打架的事情很少發生。
詹天佑言傳身教，他的後代都很有成就，如三子詹文耀、四子詹文祖均畢業於北京交通大學，五子詹文裕的長子詹同濟畢業於北洋大學，是著名的鐵路工程師，次子詹同渲畢業於中央美術學院，是著名的漫畫家。
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