Las primeras evidencias de sistemas de guiado de elementos rodantes datan del período neolítico,[6] y los rieles de madera más antiguos que se conocen datan de la Edad del Bronce, en el siglo a. C.[7].
Este sistema con raíles de madera se siguió utilizando (especialmente en la minería) hasta bien entrado el siglo , y se valía de vagonetas") arrastradas por caballos.[8] Pero desde la década de 1760 se comenzaron a usar "rieles de correa de hierro", que consistían en tiras delgadas de hierro fundido clavadas sobre listones de madera.[9] Estos rieles eran demasiado frágiles para transportar cargas pesadas, pero debido a que su costo inicial era reducido, a veces se usaba este método para construir rápidamente una vía económica. Las correas de hierro a veces se desclavaban de la base de madera y acababan hincándose en el suelo de las vagonetas, creando lo que se denominaba una "cabeza de serpiente". Pero con el paso del tiempo se comprobó que el gasto a largo plazo involucrado en el frecuente mantenimiento superaba cualquier ahorro inicial frente a soluciones algo más caras pero más duraderas.[10][9].
Así, los refuerzos de chapa planos fueron reemplazados en muchos casos por rieles de hierro fundido de perfil angular en forma de 'L', combinados con las ruedas de las vagonetas planas (es decir, sin pestañas). Uno de los primeros defensores de este diseño fue Benjamin Outram") de B. Outram & Co."), que luego se convertiría en la Butterley Company") de Ripley. Su socio, William Jessop, prefirió a partir de 1789 el uso de "raíles de borde")" combinados con ruedas provistas de pestañas y, con el tiempo, se dio cuenta de que este diseño funcionaba mejor. Los raíles de borde "barrigudos" ideados por William Jessop fueron comercializados por la Butterley Company").[11].
Los primeros carriles de este tipo de uso general fueron los conocidos por su forma como fishbelly (vientre de pez). Hechos con fundición de hierro, eran extremadamente frágiles y se rompían con facilidad. Además, solo podían fabricarse en longitudes cortas que pronto se revelaron inadecuadas. La patente de John Birkinshaw") de 1820,[12] introdujo perfiles de hierro forjado de mayores longitudes, gracias a la mejora de las técnicas de laminación. Este material, mucho más resistente, reemplazó al hierro fundido y contribuyó significativamente al crecimiento explosivo de los ferrocarriles en el período de 1825 a 1840. La sección transversal variaba mucho de unas líneas a otras, pero se utilizaban tres tipos básicos, como se muestra en el diagrama. El perfil de caras paralelas que se desarrolló en años posteriores se denominó "cabeza de toro". Todos estos diseños permitieron abandonar definitivamente los raíles de madera reforzados con placas de hierro, que pasaron a ser totalmente metálicos.
Mientras tanto, en mayo de 1831, llegó a Estados Unidos desde Gran Bretaña el primer cargamento de carriles en T con fondo plano (según el diseño ideado por Robert Livingston Stevens), que fueron colocados por la Compañía del Ferrocarril de Pensilvania") en el Ferrocarril de Camden y Amboy"). Esta misma idea de disponer de un carril con un pie plano fue introducida por Charles Vignoles en Gran Bretaña, dando lugar al conocido como carril Vignoles, precedente inmediato de los carriles de acero modernos.
Los primeros rieles de acero fueron fabricados en 1857 por Robert Forester Mushet"), quien los colocó en la Estación de Derby en Inglaterra.[13] El acero es un material mucho más resistente, y acabó sustituyendo sistemáticamente al hierro forjado para su uso en rieles ferroviarios, permitiendo el laminado de rieles mucho más largos.
A lo largo del siglo , instituciones como la American Railway Engineering Association") (AREA) y la American Society for Testing Materials (ASTM) han especificado el contenido de carbono, manganeso, silicio y fósforo para los rieles de acero. La resistencia a la tracción aumenta con el contenido de carbono, mientras que la ductilidad disminuye. AREA y ASTM especificaron entre el 0,55 y el 0,77 por ciento de carbono en rieles de 70 a 90 libras por yarda (34,7 a 44,6 kg/m), 0,67 a 0,80 por ciento en peso para los rieles de 90 a 120 lb/yd (44,6 a 59,5 kg/m) y 0,69 a 0,82 por ciento para los rieles más pesados. El manganeso aumenta la dureza y la resistencia a la abrasión. AREA y ASTM especificaron de 0,6 a 0,9 por ciento de manganeso en rieles de 70 a 90 libras y del 0,7 al 1 por ciento en rieles más pesados. El silicio se combina preferentemente con el oxígeno y se agrega para reducir la formación de óxidos metálicos debilitantes en los procedimientos de fundición y laminado de rieles.[14] AREA y ASTM especificaron de 0,1 a 0,23 por ciento de silicio. El fósforo y el azufre son impurezas que hacen que los rieles se vuelvan quebradizos y con una menor resistencia al impacto. AREA y ASTM especificaron una concentración máxima de fósforo del 0,04 por ciento.[15].
El uso de vías soldadas en lugar de unidas con juntas atornilladas comenzó alrededor de la década de 1940 y se generalizó en la década de 1960. La constante mejora de los materiales, desde la fundición de hierro, el hierro forjado y el hierro pudelado, pasando por los sistemas de producción masiva de acero como los convertidores Bessemer, Thomas y Martin, hasta los actuales aceros producidos en hornos eléctricos y al oxígeno, han permitido pasar de cargas por eje desde 3 hasta más de 30 toneladas, y obtener velocidades máximas de 300 km/h (como el AVE español o numerosos otros trenes de alta velocidad de todo el mundo), e incluso pruebas a más de 500 km/h (alcanzados por un TGV francés).