大同至西安鐵路客運專線北起山西大同，經朔州、忻州、太原、晉中、臨汾、運城、渭南等兩省九市，至陜西西安，全長859公里，工程投資預估算總額963．3億元人民幣，設計行車速度250公里／小時。該工程于2010年3月10日正式開工建設，計劃于2014年年底全線通車。鐵路通車后，山西大同市的云岡石窟、忻州市的五臺山、晉中市的平遙古城和陜西省的秦始皇陵、兵馬俑等世界文化遺產將連成一條線，大同至西安旅客列車運行時間將由16個多小時壓縮至3個多小時。在與石太客運專線、太原至中衛鐵路、隴海客運專線、西安成都客運專線等高速快客專線銜接后，將形成山西、陜西通往全國各地的快速客運網。