西延铁路（Xi'an-Yan'an Railway）是中国陕西省境内一条连接西安市与延安市的铁路，是原中华人民共和国铁道部与陕西省合资修建的地方铁路，始建于1973年1月。现为包西铁路通道的重要组成部分。

1973年1月3日，中华人民共和国国家基本建设委员会召开会议决定，修建西安新丰镇至延安段铁路，正式定名为西延铁路，铁路全长334千米。

1991年12月26日，西延铁路建成通车。

1992年8月1日，延安站建成投运。

西安至延安铁路扩能改造工程完成后，既有西延铁路延安北至甘泉北段并入包西铁路；既有西延铁路甘泉北至钟家村段重新命名为甘钟铁路；既有西延铁路钟家村至张桥段属侯西铁路；既有西延铁路张桥至新丰镇段增建二线并划入包西铁路。

截至2004年，西延铁路自西安城东新丰镇站至延安市七里铺延安北站，正线全长334千米。

2021年，中国铁路西安局集团有限公司在西安至延安的动力集中型动车组列车(简称“动集动车组”)上推广应用“铁路e卡通”业务。

2022年12月9日上午，凛冽的寒风中，阵阵欢呼声从位于陕西北部黄土高原上的西延(西安-延安)高铁新延安隧道建设现场传来。经过1063天的连续攻坚奋战，这座西延高铁上的全线重点控制性工程顺利贯通。

2024年3月21日，西延铁路铜川新区制梁场首榀箱梁成功浇筑。7月，西延高铁3标项目铜川新区制梁场顺利通过国家铁路产品生产许可证实地核查。7月22日，西延铁路站房XYZF-2标项目黄陵西站信号、宿舍综合楼冲出正负零。9月，西延铁路XYZF-1标高陵站综合信号楼最后一根钻孔灌注桩施工顺利完成。9月13日，西延铁路联络线全线首榀预制箱梁顺利架设，标志着西延铁路联络线项目施工进入新阶段。9月23日，西延铁路铜川新区制梁场首榀箱梁成功架设。10月8日，西延铁路沮河特大桥124号墩浇筑完成。12月2日，西延铁路青岗岭明洞顺利贯通。12月2日，西延铁路富平特大桥跨梅觅路（2*64）m T构连续梁顺利合龙。

截至1989年，西延铁路的设计参数如下表所示。（西延铁路扩能改造完成后的参数请查看甘钟铁路词条）

西延铁路南起陇海铁路新丰镇站，北至延安北站。途经临潼区、阎良区、富平县、蒲城县、白水县、宜君县、黄陵县、洛川县、富县、甘泉县、宝塔区等11区（县）。西延铁路自新丰镇建新线趋向东北，在三家村附近越渭河建特大桥，然后接入侯西铁路张桥站至钟家村站后向北建新线，到达坡底村，地势平坦。由坡底村向北溯洛河而上，45次跨洛河至甘泉，河谷切割较深，地形陡峻，桥隧相连，深堑高边坡较多。自甘泉沿洛河支流劳川河上至洛河与延河之分水岭九燕山，穿隧而过，是为全线最高点。最后沿延河支流南川河，到延安市。坡底村至延安段桥隧总长占线路总长的38％。

西延铁路全线有桥梁259座，总延长23.885千米；隧道103座，总延长59.718千米。

西延铁路位于中国西北地区东部的黄河中游，地处东经105°29′～111°15′和北纬31°42′～39°35′之间，基本地貌类型是黄土塬、梁、峁、沟、塬，是黄土高原经过现代沟壑分割后留存下来的高原面。梁、峁，是黄土塬经沟壑分割破碎而形成的黄土丘陵，或是与黄土期前的古丘陵地形有继承关系。沟大都是流水集中进行线状侵蚀并伴以滑塌、泻溜的结果。从区域组成特征看，延安以北地面切割严重，是以峁为主的峁梁沟壑丘陵区，绥德、米脂一带最为典型；延安、延长、延川是以梁为主的梁峁沟壑丘陵区；西部为较大河流的分水岭，多梁状丘陵。延安以南是以塬为主的塬梁沟壑区。洛川原是保存较完整、面积较大的黄土塬。主要是植被遭受破坏后就地起沙的结果，也和强风从内蒙古伊克昭盟搬运沙粒有关。冬、春季多强劲的西北风，使沙丘向东南移动。沙丘之间或低洼地方，分布有大小不等的湖盆滩地。滩地中部平坦，夏季水草茂盛，为重点农牧业基地。

沿线资源分布广泛，但相对集中，矿产种类较齐全，但结构不尽理想；资源丰富，但总体勘查程度低，可经济开采的储量少，难以开发利用的资源量多；能源矿产具突出优势，但一些支柱性矿产短缺；除能源矿产外，金属、非金属矿产特大型、大型矿少，中小型矿多，富矿少，中低品位矿多，单一矿少，共伴生矿多。陕西属大陆性季风气候，由北向南北分厉北温带半干旱、暖温带半湿润和亚热带湿润三个气候带，南北气候差异明显。综合年平均气温13.6℃，其中陕北7—12℃，关中12—14℃，陕南14—16℃，极端最低气温—32.7℃，极端最高气温42.8℃。年平均降水量400—1000毫米，以秦巴山区为多，长城沿线较少，年平均降水量648毫米，无霜期218天（平均值）。

西延铁路投运27年来，拉近了延安与全国各地的距离，铺就了老区人民致富的道路。延安出产的小米、苹果等特色农产品走出黄土高原，走向世界；煤炭、石油等能源供给到全国各地。（《陕西日报》 评）

2003年8月，西安—延安铁路甘泉段路基被冲垮，致使火车停运。西安—延安铁路甘泉段发生山体滑坡，致使该线4762次列车晚点6个多小时。洪水又冲塌了甘泉县道镇段200多米长的铁路路基。延安去西安的火车票已经售出1000多张。因出现路障，延安火车站只得对旅客说明情况后退票，退票一直持续到第二天凌晨2点。火车不能通行，开往西安的卧铺汽车趁机提价。随后，抢修完毕，火车可正常通行。开往西安的4761次列车从延安驶向西安。2007年02月，西延铁路蟠桃沟大桥换梁施工过程中发生事故，导致西延铁路停运，经西安铁路局和中铁一局紧急抢修，线路故障发生后，铁路部门迅速组织人员日夜抢修，因桥梁抢修施工难度较大，西延铁路恢复通车时间推迟12个小时，通过西延铁路运行的列车：延安北—北京西T45/44次、北京西—延安北的T43/46次，西安—神木的4762次、神木—西安的4761次，以及安康—神木的4768/9、神木—安康的4767次，全部恢复通车。

经国家发改委、铁道部和陕西省批准，包西（包头——西安）铁路大通道开始建设。根据初步建设规划，对包西线从张桥到延安、延安到大保当共561千米进行复线建设。张桥到延安段将按照160—200千米设计时速重新修建260千米长的高标准双线；从延安到大保当301千米，按照同样标准在既有线上增建第二线。西延铁路复线建成后，延安至西安的铁路线路将增加至三条，两地最短可实现2小时直达。