1896年，中国近代著名实业家、教育家盛宣怀在上海创办了南洋公学，清朝直隶总督兼北洋大臣王文韶奏设了山海关北洋铁路官学堂，这两脉即为交通大学最早源头。
1909年，邮传部司员曾鲲化极力主张、并经邮传部尚书徐世昌奏清廷批准，于北京府右街创办了“铁路管理传习所”，是交通大学的第三支源头。此校在民国的1917年，交通部依铁路、邮电的不同，将学校改组为“北京铁路管理学校”和“北京邮电学校”。
1920年12月，叶恭绰向已任大总统的徐世昌大总统提交《统一交通教育计划呈文》，提议为统一学制，将交通部部属的上海、唐山、北京的四校合并，以大学总其成，名曰：交通大学，下设京、沪、唐三校。
1922年秋，因北洋政府派系纠纷，交通大学存在不足一年即解体。1922年6月22日，北洋政府国务会议通过交通部议案：上海、唐山两校分立，即分设交通部南洋大学、交通部唐山大学，各设校长。之后的1923年，“交通大学北京学校”更名为“北京交通大学”。
1928年，南京国民政府取代北洋政府，北京更名为北平；同年9月，平、沪、唐三校再次合并组成“交通大学，并改隶属于南京国民政府铁道部。1929年2月，北平学院独立，院更名为“交通大学北平交通管理学院”。
1937年“七七事变”后，交通大学唐山工程学院校园被日军占领，全校师生迁至湖南湘潭复校。平津沦陷后，1938年3月，教育部令北平学院暂行并入交通大学唐山工程学院，迁往湖南湘乡杨家滩复课。
1938年，武汉沦陷，举校再次被迫西迁。1939年，学校在贵州平越古城（今福泉市）复课。1941年7月，教育部下令将学校校名改为国立交通大学唐山工程学院、北平铁道管理学院。1942年1月，教育部更改前令，组建国立交通大学贵州分校，下设唐山工程学院和北平铁道管理学院。
日军侵占上海租界后，交通大学上海学院总部从上海转移到重庆九龙坡，之后、重庆商船专科学校并入交大组建造船等新专业。抗战胜利后，各校陆续回迁。到1946年，交通大学再次成为三所独立的大学。
1949年7月8日，解放军军委铁道部决定交通大学唐山、北平两个学院，和石家庄的华北交通学院合并组成中国交通大学。1950年6月，时任铁道部部长的滕代远召开座谈会，除了铁道部吕正操、武竞天副部长，中国交通大学茅以升、金士宣两位校长参加外，会议还邀请了上海交通大学校务委员会主任委员吴有训。
吴有训对中国交通大学校名提出了不同意见：“你们叫中国交通大学，我们上海交通大学叫外国交通大学吗？”铁道部接受了吴有训的意见，政务院下令将中国交通大学改名为北方交通大学。
吴有训校长这一坦率、诚恳的意见，引起了铁道部的重视，很快他们便报请政务院更改校名。此事发展相当顺利——1950年8月21日，政务院第46次会议讨论决定将中国交通大学校名改为“北方交通大学”。过了几天，8月27日，政务院下达命令：“中国交通大学更名为北方交通大学，由铁道部领导，并任命茅以升为校长，金士宣为副校长。”
改名北方交通大学后，交通大学的北京学院改称北京铁道学院，唐山工学院改称唐山铁道学院。1956年，政务院决定唐山铁道学院迁往兰州建校，并在兰州修建了部分校舍。后因故未迁，铁道部决定在兰州唐院所选校址新建一所兰州铁道学院，所需的师资、设备，由唐山、北京两所铁道学院对口支援，遂成唐山铁道学院、北京铁道学院、兰州铁道学院三所铁道部重点院校鼎足之势态。2003年，教育部同意兰州铁道学院更名为“兰州交通大学”。
1964年，根据中共中央建设大三线的精神，唐山学校开始整体从河北唐山内迁四川峨眉办学，并于1971年全部迁至四川峨眉山。1972年3月2日，交通部行文学校，从1972年3月1日起校名易名为“西南交通大学”。
1956年，由于新中国建设和国防的需要，同时为高等教育布局不合理的现状，国务院决定上海交通大学的主体内迁至西安，小部分留在上海。1959年7月，交通大学在西安、上海两地独立建校，交通大学西安部分定名为西安交通大学。
留在上海的部分，与原上海造船学院及筹办中的南洋工学院合并，作为交通大学的上海部分。1959年7月，交通大学在西安、上海两地独立建校，上海部分称“上海交通大学”。
2003年，北方交通大学恢复使用“北京交通大学”校名。
1958年，交通大学在台复校，校址选定新竹市，成立交通大学电子研究所，1967年改制为交通大学工学院，1979年恢复交通大学校名。2021年2月1日，台湾交通大学与台湾阳明大学正式合并为台湾阳明交通大学。
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