12 ноября 1837 года состоялось торжественное открытие первой в России железной дороги от Санкт‑Петербурга до Павловска, положившей начало строительству в России сети железных дорог.

В тот день в газете "Ведомости" появилась заметка: "Была суббота, горожане стекались к старой полковой церкви Введения у Семеновского плаца. Они знали, что открывается необычная железная дорога и "стальной конь, везущий сразу много‑много карет" впервые отправится в путь. Однако не всем удалось увидеть первый поезд. К самой станции, возведенной совсем недавно, простолюдинов не пускали. Ровно в 12 часов 30 минут крохотный локомотив дал пронзительный свисток, и восемь вагонов с благородной публикой отправились по маршруту Петербург ‑ Царское Село".

Это была первая железная дорога общественного пользования в России (до открытия в 1851 году Николаевской железной дороги), единственная в стране и шестая в мире. Она была построена для обеспечения железнодорожного сообщения между Царскосельским вокзалом Санкт‑Петербурга, Царским Селом и Павловском.

Строительством дороги руководил чешский инженер, профессор Венского политехнического института Франц фон Герстнер. Ему летом 1835 года удалось убедить императора в пользе железных дорог, позволяющих быстро перебрасывать войска.
Указ императора Николая I Сенату об утверждении "Положения об учреждении Общества акционеров для сооружения железной дороги от Санкт‑Петербурга до Царского Села с продолжением до Павловска" был опубликован 16 апреля 1836 года (по старому стилю).

1 мая 1836 года началось строительство железной дороги от Павловска. В июле уже была готова платформа под навесом для приезжающих и заложен фундамент здания гостиницы. 10 сентября заложили вокзал и паровозное депо с поворотным кругом в Царском Селе. К 30 сентября рельсы уложили на расстоянии 22 верст от Павловска. В конце сентября провели пробные поездки (несколько вагонов) на конной тяге от платформы в Павловске до Царского Села.

3 ноября 1836 года состоялась первая обкатка паровоза. Его доставили в разобранном виде морем из Англии в Кронштадт, а оттуда по заливу, Обводному каналу и на лошадях в Царское Село, где была проведена его сборка и проверка.
Первый поезд состоял из 8 вагонов и трехосного паровоза, построенного на заводе Стефенсона в Англии. В составе поезда были вагоны четырёх классов. Самыми комфортабельными были кареты, называвшиеся "берлинами": это были вагоны с крытыми кузовами и мягкими сиденьями для восьми человек. Вместимость вагонов остальных классов составляла 10 пассажиров. "Дилижансами" называли мягкие крытые вагоны большей вместимости. Следующие классы были представлены открытыми повозками ("линейками"): повозки с крышами назывались "шарабаны", без крыши ‑ "вагоны". Вагоны не имели отопления и освещения.
По требованию Герстнера, паровозы должны были иметь мощность в 40 лошадиных сил и быть в состоянии везти несколько вагонов с тремястами пассажирами со скоростью 40 вёрст в час.
Чтобы повысить провозную способность дороги, Герстнер решил использовать подвижной состав шириной колеи 1829 мм, а не 1435 мм, которая была принята на железных дорогах в Англии.

В самый первый рейс из Петербурга в Царское Село паровоз привел сам профессор Франц фон Герстнер. Протяжённость дороги составляла 27 километров; поездка заняла 35 минут, а обратная поездка — 27 минут; таким образом максимальная скорость достигала 64 км/ч, а средняя составила 51 км/ч. По тем временам это казалось фантастическим достижением.

В первые полгода эксплуатации на дороге использовалась конная тяга и только по воскресеньям или праздникам — паровая. Полный переход на "пар" произошёл в апреле 1838 года, а в мае движение поездов было открыто на участке Санкт‑Петербург — Павловск.

В первые годы стоимость проезда для пассажиров первого и второго класса составляла 2,5 и 1,8 рубля соответственно, третьего и четвертого ‑ 80 и 40 копеек.

В 1837 году для первой в России железной дороги между Санкт‑Петербургом и Царским Селом был построен вокзал. По плану Герстнера железнодорожный вокзал в Петербурге должен был находиться на набережной реки Фонтанки, однако выделенных на строительство денег хватило только на сооружение самой железной дороги и строительство вокзала в Царском Селе. Тогда было решено построить временную деревянную станцию чуть в стороне от отведенного под вокзал места. Так был построен самый старый вокзал России — Витебский. В 1849‑1852 годах по проекту архитектора Константина Тона построено каменное здание, просуществовавшее до начала XX века.

Стоимость строительства первой железной дороги в России оценивалась в 5 миллионов рублей (почти 10% этой суммы было потрачено на приобретение подвижного состава и рельсов). В 1838 году дорога перевезла 700 тысяч пассажиров и стала приносить доход, позволивший за пять лет окупить все затраты на строительство и на эксплуатацию всех транспортных средств.

В качестве самостоятельной железной дороги Царскосельская дорога просуществовала до 1897 года, после чего она была включена в состав Московско‑Виндаво‑Рыбинской железной дороги и была перешита на русскую колею (1524 мм). Только шесть паровозов удалось переделать для русской колеи. Всего же за время самостоятельного существования для Царскосельской железной дороги было поставлено 34 паровоза.

В 1987 году на одной из платформ Витебского вокзала в специальном стеклянном павильоне установлен макет поезда, совершившего в 1837 году первый в России рейс из Санкт‑Петербурга в Царское Село.