Rel kereta api pertama di California dibangun dari Sacramento ke Folsom, California mulai Februari 1855. Jalur sepanjang 22 mil (35 km) ini dimaksudkan untuk memanfaatkan penggalian emas yang makmur di Placerville, California, tetapi selesai pada waktu yang hampir bersamaan (Februari 1856). ) saat penambangan di dekat sana berakhir.Jalur Kereta Api Lintas Benua pertama dari Sacramento, California ke Omaha, Nebraska selesai pada 9 Mei 1869. Jalur Kereta Api Pasifik Tengah, ujung jalur kereta api Pasifik, sebagian besar mengambil alih hampir semua barang melintasi pegunungan Sierra Nevada di California Utara.Pada tahun 1870 terdapat sambungan kereta api ke Oakland, California dan melalui feri kereta api ke San Francisco, California dari Sacramento—secara efektif menghubungkan semua kota besar di California kemudian ke pantai timur.Rel kereta api pertama California Selatan, Los Angeles & San Pedro Railroad, diresmikan pada Oktober 1869 oleh John G. Downey dan Phineas Banning.Itu berlari 21 mil (34 km) antara San Pedro dan Los Angeles.Pada tahun 1876, jalur kereta api pertama California yang menghubungkan Los Angeles dengan California Utara diselesaikan ketika jalur Kereta Api Pasifik Selatan San Joaquin menyelesaikan Terowongan Kereta Api San Fernando melalui pegunungan Tehachapi, menghubungkan Los Angeles ke Jalur Kereta Api Pasifik Tengah.Rute ke Los Angeles ini mengikuti Putaran Tehachapi, 'jalur spiral' sepanjang 0,73 mil (1,17 km), atau heliks, melalui Terusan Tehachapi di Kern County dan menghubungkan Bakersfield dan Lembah San Joaquin ke Mojave di Gurun Mojave.Meskipun sebagian besar jalur kereta api California dimulai sebagai jalur kereta api jalur pendek, periode dari tahun 1860 hingga 1903 menyaksikan serangkaian merger dan akuisisi jalur kereta api yang menyebabkan terciptanya empat jalur kereta api antar negara bagian utama yang melayani negara bagian (Jalur Kereta Api Pasifik Selatan, Jalur Kereta Api Union Pasifik, Kereta Api Santa Fe dan Kereta Api Pasifik Barat).Masing-masing jalur kereta ini menguasai satu (dan Pasifik Selatan menguasai dua) jalur kereta api lintas benua yang menghubungkan California dengan negara bagian lebih jauh ke Timur.Rel kereta api memindahkan barang dan penumpang dalam jumlah besar dan memungkinkan ekonomi negara bagian dan populasi berkembang pesat selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20.Pada tahun 1890-an pembangunan rel kereta api listrik telah dimulai di California dan pada awal abad ke-20 beberapa sistem sudah ada untuk melayani kota-kota terbesar di California.Sistem kereta api listrik negara termasuk Kereta Api Listrik San Diego, Sistem Listrik Pasifik Los Angeles, Kereta Api Pasifik Los Angeles, Jalur Listrik Teluk Timur dan Kereta Api San Francisco, Oakland, dan San Jose dan sistem kereta api Interurban seperti Kereta Api Utara Sacramento juga dibangun.Pada tahun 1920-an, sistem Listrik Pasifik Los Angeles adalah kereta api listrik terbesar di dunia.