詹天佑在美國先後就學於威哈吩小學，弩哈吩中學，1881年又以優異成績畢業於耶魯大學，並寫出題為《碼頭起重機的研究》的畢業論文，獲學士學位，並於同年回國。回國後詹天佑入馬尾船政學堂學習，學成後派往福建水師旗艦“揚武”任炮手，參加了馬尾海戰。戰後被調入黃埔水師學堂任教習。
福建水師旗艦
1888年，詹天佑由老同學鄺孫謀的推薦，到中國鐵路公司任工程師。被湮沒了七年之久的詹天佑才有機會獻身於祖國的鐵路事業。此時正值天津-唐山鐵路施工，他不願久居天津，就親臨工地，與工人同甘***苦，結果只用八十天的時間就竣工通車了。但李鴻章卻以英人金達之功上奏，並提升金達為總工程師。詹天佑之功就這樣被剽竊了。
1890年清政府又修關內外鐵路（今京沈鐵路），以金達為總工程師。1892年工程進行到灤河大橋，許多國家都想兜攬這樁生意，金達當然以英人為先，但英人喀克斯以建不成橋而失敗。日本、德國的承包者也都遭失敗。由於交工期限將至，金達才不得不求於詹天佑。詹天佑詳盡分析了各國失敗原因，又對灤河底的地質土壤進行了周密的測量研究之後，決定改變樁址，采用中國傳統的方法，以中國的潛水員潛入河底，配以機器操作，勝利完成了打樁任務，建成灤河大橋。這壹勝利長了中國人民的誌氣。1894年英國工程研究會選舉詹天佑為該會會員。
此後，詹天佑又領導了京津路、萍醴路（萍鄉至醴陵）等鐵路的建築。
袁世凱為討好那拉氏，1902年奏請修建壹條專供皇室祭祖之用的新易鐵路（高碑店至易縣）。坐火車去祭祖，那拉氏自然高興。為了不誤1903年祭祖之用，命袁世凱於六個月內完工。袁世凱命詹天佑為總工程師。盡管此路價值不大，卻是中國人自修鐵路之始，因此詹天佑仍是非常重視。詹天佑徹底拋棄了當時外國人必須在路基修成之後風幹壹年才可鋪軌的常規，僅用四個月的時間以極省的費用建成新易鐵路。大大鼓舞了中國人自建鐵路的信心，為後來京張鐵路的修築打下良好基礎。
張家口為北京通往內蒙古的要沖，南北旅商來往之孔道，向來為兵家所必爭，因此京張鐵路就有著重要的經濟價值和政治價值。當清廷要修京張路的消息傳出後，在華勢力最大的英國誌在必得，視長城以北為其勢力範圍的沙俄誓不相讓，雙方爭持不下，最後達成協議：如果清廷不借外債，不用洋匠，全由中國人自修此路，雙方可都不伸手。這樣，清政府就打消了求救於洋人的念頭而壹心自修了。
1905年5月，京張鐵路總局和工程局成立，以陳昭常為總辦，詹天佑為會辦兼總工程師，1906年詹天佑又升為總辦兼總工程師。詹天佑清楚地知道這壹任務的艱巨性，他首先必須頂住來自各方面的冷嘲熱諷：有人說他是“自不量力”，“不過花幾 個錢罷了”，甚至說他是“膽大妄為”。他給他的美國老師諾索樸夫人的信中就這樣說：“如果京張工程失敗的話，不但是我的不幸，中國工程師的不幸，同時帶給中國很大損失。在我接受這壹任務前後，許多外國人露骨地宣稱中國工程師不能擔當京張線的石方和山洞的艱巨工程，但是我堅持我工程”。充分體現了中國知識分子的愛國心和民族責任心。
詹天佑勘測了三條路線，第二條繞道過遠為不可取。第三條就是今天的豐沙線。由於清廷撥款有限，時間緊迫，詹天佑決定采用第壹條路線，即從豐臺北上西直門、沙河、經南口、居庸關、八達嶺、懷來、雞鳴驛、宣化到張家口，全長360華裏。全線的難關在關溝，這壹帶疊巒重嶂，懸殊峭壁，工程之難在當時為全國所沒有，世界所罕見；坡度極大，南口和八達嶺的高度相差180丈。詹天佑把全線分為三段：豐臺到南口為第壹段，南口到康莊為第二段，余為第三段。
1905年9月4日正式開工，12月12日開始鋪軌。就在鋪軌的第壹天，壹列工程車的壹個車鉤鏈子折斷，造成脫軌事故。這壹下成了中國人不能自修鐵路的證據，各種誹謗中傷紛至沓來。但詹天佑沒有驚慌失措，反倒冷靜地想到：此路坡度極大，每節車廂之間的連接性能稍有不固，事故就難避免。為此，他使用了自動掛鉤法，終於解決了這個問題。
1906年9月30日第壹段工程全部通車，第二段工程同時開始。難關就在第二段，首先必須打通居庸關、五桂頭、石佛寺、八達嶺四條隧道，最長的八達嶺隧道1，092公尺。這不僅要有精確的計算和正確的指揮，還要有新式的開山機、通風機和抽水機。前者對詹天佑都不成問題，而後者當時中國全都沒有，只在靠工人的雙手，其困難程度可以想見。他們硬是克服了重重困難，終於在1908年9月完成了第二段工程。
第三段工程的難度僅次於關溝，首先遇到的是懷來大橋，這是京張路上最長的壹座橋，它由七根壹百英尺長的鋼梁架設而成。由於詹天佑正確地指揮，及時建成。1909年4月2日火車通到下花園。下花園到雞鳴驛礦區岔道壹段雖不長，工程極難。右臨羊河，左傍石山，山上要開壹條六丈深的通道，山下要墊高七華裏長的河床。詹天佑即以山上開道之石來墊山下河床。為防山洪沖擊路基，又用水泥磚加以保護，勝利完成了第三段工段。
對於工程上的困難，詹天佑從未放在眼裏，對於人為的障礙卻使詹天佑憂憤至極。清河有個叫廣宅的人，是前任道員，皇室載澤的親戚，朝野均有勢力。鐵路恰經其墳地，他即率眾鬧事，阻止工程，私下又許以重賄，要求改道。郵傳部竟不敢過問。這裏北面是鄭王墳，南面是宦官墳，西面是那拉氏父親桂公墳，要大改道不知要浪費多少時間和經費。詹天佑以受賄為可恥，絕不改道，竟以去留相力爭。最後因五大臣出洋被炸，載澤嚇得不敢與聞外事，廣宅才因失去靠山而同意經其墳墻以外通過。 <IMG height=250 src="http://www.beiyang.org/images/zhanti2.jpg" width=321 border=0>
[font face=宋體 color=#292929 size=2]京張鐵路建成典禮[/font]
此路原訂六年完成，詹天佑終於提前兩年於1909年8月11日全線通車了，還節余二十八萬兩銀子。京張路的勝利完成，是中國人民的勝利，也是中國愛國知識分子愛國精神的充分體現。
京張路完式之後，詹天佑應廣東商辦粵漢鐵路總公司的聘請，於1910年任該公司總理，又於1912年5月兼任漢粵川鐵路會辦。由於中國政府的腐敗無能，帝國主義的在華角逐，竟使這位愛國的、天才的傑出工程師不能施展才能，焦慮至極。終因勞瘁成疾，於1919年4月24日下午三時半逝世於漢口，享年五十九歲。
辛亥革命後，詹天佑為了振興鐵路事業，和同行了起成立中華工程學會，並被推為會長。這期間，他對青年工程技術人員的培養傾註了大量心血，他除了以自己的行為作出榜樣外，還勉勵青年“精研學術，以資發明”，要求他們“勿屈己徇人，勿沽名而釣譽。以誠接物，毋挾褊私，圭璧束身，以為範例。”
壹九壹九年，第壹次歐戰結束，詹天佑不顧身患腹疾，代表中國政府出席遠東鐵路國際會議，冒著嚴寒赴會，與企圖霸占我國北滿中東鐵路的日方代表論戰，取得了我國保護中東鐵路的權利。回國途中，他抱病再次登上長城，浩嘆：“生命有長短，命運有沈升，初建路網的夢想破滅令我抱恨終天，所幸我的生命能化成匍匐在華夏大地上的壹根鐵軌……”他鍥而不舍，在鐵路戰線上與列強鬥爭不息的事跡、和他身上所體現出的民族精神與科學精神高度融合的品質，將和後人為他樹立的銅像壹起，永遠給我們無限啟示。
對於工程上的困難，詹天佑從未放在眼裏，對於人為的障礙卻使詹天佑憂憤至極。清河有個叫廣宅的人，是前任道員，皇室載澤的親戚，朝野均有勢力。鐵路恰經其墳地，他即率眾鬧事，阻止工程，私下又許以重賄，要求改道。郵傳部竟不敢過問。這裏北面是鄭王墳，南面是宦官墳，西面是那拉氏父親桂公墳，要大改道不知要浪費多少時間和經費。詹天佑以受賄為可恥，絕不改道，竟以去留相力爭。最後因五大臣出洋被炸，載澤嚇得不敢與聞外事，廣宅才因失去靠山而同意經其墳墻以外通過。
那拉氏為修頤和園每年不惜數千萬金，獨不願為修路出錢。京張鐵路經費全靠關內外鐵路的贏余，而此款卻被控制在英國匯豐銀行手中，正當進入第二段工程時，匯豐銀行故意刁難，拖付款餉，造成誤工。詹天佑既不善鉆營於權貴，更恥於逢迎於洋人，因而憤懣至極。
帝國主義無時不想奪取此路，工程壹開始，日本人雨宮敬次郎就上書袁世凱說：中國人無力修成此路，不如聘請日本技師較為穩妥。英國人金達也來替日本說項。詹天佑以此路決不任用任何壹個外國人為由斷然拒絕。居庸關遂道工程開始後，三五成群的外國人，以打獵為名常來窺探，他們希望工程失敗以便乘人之危。詹天佑以出色的成績為中國人出了這口氣。
1 905年8月，京張鐵路正式開工，緊張的勘探、選線工作開始了。詹天佑親自帶學生和工人著，背著標桿，經緯儀，日夜奔波在崎嶇的山嶺上。壹天傍晚，猛烈的西北風卷著沙石在八達嶺壹帶呼嘯怒吼，刮得人睜不開眼睛，測量隊急著結束工作，填個測得的數字，就從巖壁上爬下來。詹天佑接過本子，壹邊翻看填寫的數字，壹邊疑惑地問：“數據準確嗎”？“差不多”，測量隊員回答說。詹天佑嚴肅地說：“技術的第壹個要求是精密，不能有壹點模糊和輕率，‘大概’、‘差不多’這類說法不能工程人員之口。”接著，他背起儀器，冒著風沙，重新吃力地攀到巖壁上，認真地又重新勘測了壹遍，修正了壹個誤差。當他下來時，嘴唇也凍青了。
不久，勘探和施工進入最困難的階段。在八達嶺、青龍橋壹帶，山巒重疊，陡壁懸巖，要開四條隧道，其中最長的達壹千多米。詹天佑經過精確測量計算，決定采取分段施工法：從山的南北兩端同時對鑿，並在山的中段開壹口大井，在井中再向南北兩端對鑿。這樣既保證了施工質量，又加快了工程進度。鑿洞時，大量的石塊全靠人工壹鍬鍬地挖，湧出的泉水要壹擔擔地挑出來，身為總工程師的詹天佑毫無架子，與工人同挖石，同挑水，壹身汙泥壹臉汗。他還鼓舞大家說：“京張鐵路是我們用自己的人、自己的錢修建的第壹條鐵路，全世界的眼睛都在望著我們，必須成功！”“無論成功或失敗，決不是我們自己的成功和失敗，而是我們國家的成功和失敗！”
為了推動科技進步，提高工程建設水平，把當今優秀科技成果應用於工程實踐中，創造出先進的土木建築工程，特設立中國詹天佑土木工程大獎，原名中國土木工程（詹天佑）大獎。本項大獎旨在獎勵和表彰我國在科技創新和科技應用方面成績顯著的優秀土木工程建設項目。該獎評選充分體現“創新性”（獲獎工程在設計、施工技術方面應有顯著的創造性和較高的科技含量）、“標誌性”（反映當今我國同類工程中的最高水平,最高知識性）、“權威性”（學會與政府主管部門之間協同推薦與遴選）。
該項大獎是我國土木工程界工程技術方面的榮譽獎；由中國土木工程學會和詹天佑土木工程科技發展基金委員會頒發；在建設部、鐵道部及交通部建設主管部門支持與指導下進行。
該獎每兩年評選壹次。每次評選綜合大獎若幹項。
[所任職位]
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。此後壹直定居在漢口俄租界的鄂哈街9號（今洞庭街51號）。同年成立“中華工程師學會”，並被推舉為首任會長。民國成立後，於1913年獲政府委任為交通部技監，1914年獲頒授二等寶光嘉禾章。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中國代表。4月因病回漢口，4月24日病逝，終年五十九歲。 詹天佑與其妻譚菊珍埋葬在京張路青龍橋火車站附近。1922年青龍橋火車站豎立詹天佑銅像。1987年，附近再建成詹天佑紀念館。 在紀念京張鐵路100周年之際，張家口人民永遠緬懷京張鐵路的總設計師詹天佑，2005年在張家口南站廣場，建起詹天佑塑像。