Истоки тоннелестроения, первоначально заключавшегося в создании подземных выработок, уходят в глубокую древность. Задолго до нашей эры в Вавилоне, Египте, Греции и Риме подземные работы производили для добычи полезных ископаемых, сооружения гробниц, храмов. Позднее тоннели сооружали также для целей водоснабжения и транспорта. Значительные тоннельные работы вели римляне, создавшие ряд дорожных, водопроводных и дренажных тоннелей, часть которых сохранилась до нашего времени.
Развитие тоннелестроения тесно связано с развитием орудий и средств производства. Уровень тоннельной техники соответствовал уровню развития производительных сил. Все древние тоннели сооружали, как правило, в крепких скальных породах, не требующих устройства обделки, причем выработке придавали сводчатое очертание, соответствующее форме естественных пещер. Работы выполнялись рабским трудом с помощью кирок, ломов, клиньев, атакже огневым способом, заключавшимся в сильном нагревании забоя выработки с последующим охлаждением холодной водой и разборкой растрескавшейся скалы. После паденияРимской империи в тоннелестроении, как и в других отраслях человеческой деятельности, наступил период длительного застоя, в течение которого подземные работы производились преимущественно для военных целей.
Толчком для дальнейшего развития тоннелестроенияпослужило появление железных дорог, требующих малых уклонов и сооружения тоннелей для преодоления высотных препятствий. Первый железнодорожный тоннель длиной 1190 м был построен в 1826— 1830 гг. в Англии на линии Ливерпуль — Манчестер. Почти одновременно развернулось строительство железнодорожныхтоннелей во Франции и других европейских странах.
Несмотря на быстрое развитие тоннелестроения, длина тоннелей, сооружавшихся с использованием ручного бурения и черного пороха, не превышала 3,5 км. Уровень техники ограничивал возможности строительства длинных тоннелей. Открытие пироксилина (1845 г.) и динамита (1866 г.), а также успешное применение в горном деле бурильных машин ударно-поворотного действия (1851 г.) произвели технический переворот в тоннелестроении и сделали возможным сооружение больших альпийских тоннелей между Францией, Италией и Швейцарией.
В 1857—1871 гг. был сооружен тоннель Мон-Сенис длиной 12 850 м, соединивший Францию с Италией, в 1872—1882 гг. — тоннель Сен-Готард длиной 14 984 м, соединивший Италию со Швейцарией. До начала первой мировой войны были построены 26 тоннелей длиной более 5 км каждый, в том числе самый длинный в мире Симплонский тоннель длиной 19 780 м, соединивший Италию со Швейцарией. Строительство первого из двух однопутных Симплонских тоннелей было начато в 1898 г. и закончено в 1906 г.
Тоннелестроителям пришлось встретиться с большими трудностями (огромное горное давление, большой приток горячей воды, высокая температура в выработке, доходившая до 55° С). Второй Симплонский тоннель был построен лишь к 1921 г.
Основным материалом для возведения обделки тоннелей была бутовая кладка на известковом и цементном растворах. Только в 1889 г. для реконструкции тоннелей впервые был применен бетон, получивший с первой четверти двадцатого века широкое распространение в тоннельном строительстве.
После первой мировой войны масштабы строительства тоннелей уменьшились, что в известной степени объяснялось завершением к этому времени развития железнодорожной сети в основных странах Европы. Среди построенных в этот период значительных сооружений выделяется самый длинный в мире двухпутный железнодорожный тоннель — Большой Апеннинский на линии Флоренция — Болонья (Италия) (1920—1931 гг., длина 18 510 м), имеющий в середине подземную обгонную станцию. В 1927 г. был закончен Ровский судоходный тоннель длиной 7118 м на водной магистрали Марсель — Рона (Франция), являющийся крупнейшим в мире по размерам поперечного сечения (выработка 24,5 X 17,1 м).
Первый железнодорожный тоннель длиной 1,19 км был построен в 1826—1830 гг. на линии Ливерпуль — Манчестер. В России первый тоннель был построен в 1859—1869 гг. (Ковенский тоннель) длиной 1,28 км. В 1890 г. было закончено строительство самого крупного в России Сурамского тоннеля длиной 3,998 км.
За последний период в России на Восточно-Сибирской железной дороге были построены Абаканский тоннель длиной 2,4 км, Майский — 2,487 км и Крольский — 2,252 км, на Закавказской железной дороге — Черноморские тоннели (11 тоннелей) суммарной длиной 10,4 км, в Хибинах — Расвумчоррский тоннель длиной 5 км.
В странах, где преобладает гористый рельеф местности, строительство железнодорожных тоннелей имеет широкое развитие. В Китае построено 4500 тоннелей протяженностью 2200 км.
Наряду с ростом объема работ по строительству тоннелей наблюдается увеличение их протяженности. Большое число тоннелей имеет протяженность свыше 10 км, достигая в отдельных случаях 20—22 км.
Немалое значение в росте объемов по строительству железнодорожных тоннелей оказало совершенствование горностроительных работ в части механизации основных горных работ, разработки средств, обеспечивающих преодоление сложных гидрогеологических условий (притоки воды, слабые, разрушенные породы) и др.