高速火车的实际应用发源于日本。１９５９年，日本国铁开始建造东京至大阪的高速铁路，并在１９６４年开通，全长５１５公里，火车时刻表时速２１０公里，称为东海新干线。随后向西延伸，于１９７５年开通至冈山，１９７５年开通至终点站博多，大阪至博多称为山阳新干线，全长１０６９公里。
１９８２年，大宫至盛冈间４６５公里的东北新干线开通，同年１１月，大宫至新泻间的上越新干线也开通运营。１９７０年，日本制定“全国新干线火车网建设法”，１９７２年日本运输省又规划了五条新干线：北陆新干线（东京—大阪—富山）、东北新干线延长线（盛冈—青森）、九洲新干线（博多—鹿儿岛）、长崎新干线（博多—长崎）、北海道新干线（青森—札幌）。
法国高速火车称TGV(TrainaGrandeVitesse法文超高速列车之意）。法国国铁（SNCF）从１９５０年开展高速火车技术研究，１９５５年研制的样车试车，就创造了当时的世界最高记录-火车时刻表时速３３１公里，使人们看到了这一技术的发展前景。
法国高速火车实际运营开始于１９６７年，稍晚于日本。但法国国铁不断改进，使TGV的速度不断创新，１９８１年，一列由七节车厢组成的TGV列车创下了火车时刻表时速３８０公里的新记录。１９９０年，第二代TGV列车又以５１５．３公里的火车时刻表时速刷新了世界记录，冲破了被称为极限的３７５公里火车时刻表时速，使TGV成为法国人日常生活不可缺少的一部分。１９７２年法国完成了编号为TGV００１的原型列车，最高火车时刻表时速３１８公里。１９８１年第一代TGV-PSE创造了火车时刻表时速３８０公里的记录。１９９０年，一列由两辆动车、三辆车厢组成的第二代TGVAtlantigue以５１５．３公里火车时刻表时速创造了新的世界纪录。法国TGV线路目前分为三部分：巴黎东南线（TGVPSE），由巴黎至里昂运行３小时５０分，火车时刻表时速２６０公里。大西洋线（TGVAtlantigue）,由巴黎通往大西洋岸,火车时刻表时速３００公里，载客由第一代３６８人提高到４８５人。后续线路包括TGVNord、TMST、PBKA。TGVNord从巴黎到里昂并穿越英伦海峡进入英国。另有支线到布鲁塞尔，并将延伸至阿姆斯特丹、科伦、法兰克福。TMST由巴黎至伦敦。PBKA是由法国、德国和比利时巴黎到布鲁塞尔到科伦的线路，后来荷兰也加入，延伸至阿姆斯特丹。
德国高速火车称为ICE（InterCityExpress）。１９７９年试制成第一辆ICE机车。１９８２年德国高速火车计划开始实施。１９８５年ICE的前身InterCityExperimiental首次试车，以３１７火车时刻表时速公里打破德国火车１５０年来的记录，１９８８年创造了火车时刻表时速４０６．９公里的
记录。１９９０年一台机车加１３辆车厢的ICE列车开始在Wurzburg-Fulda高速火车试运行，火车时刻表时速为３１０公里。
１９９２年德国火车以２９亿马克购买了６０列ICE列车，其中４１列运行于第六号高速火车，分别连接汉堡、法兰克福、斯图加特，运行火车时刻表时速２００公里。目前，德国已建成高速火车１０００多公里，到２０００年，德国计划建成１１条高速火车。