蒙古国铁路的发展起步较晚。其首条铁路线是
首都乌兰巴托至
纳来哈煤矿的43公里
窄轨铁路，于1938年投入使用。同年
苏联也兴建了一条236公里的货运支线，由西伯利亚铁路的
博尔贾至蒙古国东北部
乔巴山附近的
巴彦图门，虽然该线路已连接到西伯利亚铁路，但仅作为货运及
军事战略用途，并在1956年停用。蒙古纵贯铁路始建于1947年，1950年由北部贯通乌兰巴托，1955年实现连接至中国边境。
中国路段的集二铁路始建于1953年，并于1954年完成铺轨，是北京-乌兰巴托-莫斯科
国际联运干线的重要组成部分，比北京-哈尔滨-满洲里-莫斯科的国际联运干线距离缩短1141公里。根据中国、蒙古国、苏联三方协定，集二铁路将采用1524毫米的宽轨标准，并在集宁南站设换轮厂。
轨距拨宽改造工程于1955年完工正式交付运营，全线采用右向行车，是当时中国境内唯一一条右向行车的铁路线。但在1960年代
中苏交恶，为防止苏联经铁路越过国境进行“突击”，1965年10月，中国将集二铁路全线改为标准轨距，而换轮厂也随之迁到二连站。
由于蒙古国
公路、
水路、
航空运输系统不完善，蒙古铁路（Монголын төмөр зам）承担了蒙古国境内80%的货运及30%的客运业务，由于蒙古国地广人稀，铁路的主要部分途经
山地，海拔600至1700米，造成了线路多急弯和陡坡，因此限制了列车的运行速度和载重量。蒙古货运列车的平均时速为75公里，载重量为2800至3400吨，运载一般采用双机牵引，即在列车前部使用两辆机车。在蒙古国1990年新民主主义革命后，受到
经济衰退的影响，其货运量减少了一半左右，但至2005年几乎恢复到了原先的水平。2001年客运量达到410万人次，然而陈旧慢速的线路设施对客运量的增长造成了阻碍。
蒙古国铁路采用1520毫米的宽轨轨距，而中国铁路则采用1435毫米的标准轨轨距，因此通过两国之间的列车必须在边境更换其
转向架。每节车厢会在换轮厂被依次抬起更换转向架，再结合
海关控制和边境检查，整个过程需要数小时。中国境内集二铁路由
呼和浩特铁路局管理运营。