รัฐบาลไทยได้เริ่มวางแผนเพื่อกำหนดนโยบายการพัฒนารถไฟความเร็วสูงตั้งแต่ปี พ.ศ. 2535 ในรัฐบาลนายชวน หลีกภัย ต่อมาในช่วงปี พ.ศ. 2536–2537 ได้ว่าจ้างให้บริษัทที่ปรึกษาทำการศึกษาความเหมาะสมในด้านต่าง ๆ เพื่อกำหนดโครงข่ายรถไฟความเร็วสูงที่เหมาะสม ผลการศึกษาสรุปว่า รัฐบาลไทยควรเริ่มก่อสร้างโครงการรถไฟความเร็วสูง สายกรุงเทพฯ–สนามบินหนองงูเห่า–ระยอง เนื่องจากเป็นโครงการที่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจและสนับสนุนแผนงานพัฒนาพื้นที่บริเวณชายฝั่งตะวันออก คณะรัฐมนตรีได้มีมติอนุมัติโครงการดังกล่าว เมื่อวันที่ 30 สิงหาคม พ.ศ. 2537[6]

เมื่อธันวาคม พ.ศ. 2551 พรรคประชาธิปัตย์ สามารถจัดตั้งรัฐบาลได้สำเร็จ ก็ได้สานต่อโครงการฯ มีการเปิดทางให้ต่างประเทศได้ศึกษาแนวเส้นทาง โดยสองประเทศที่สนใจเข้ามาลงทุน คือ ประเทศจีน และ ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งญี่ปุ่นสนใจที่จะลงทุนในเส้นทาง กรุงเทพฯ-เชียงใหม่ ส่วนจีน มีความสนใจในเส้นทาง กรุงเทพฯ-หนองคาย ซึ่งขณะนั้น จีนก็ได้กำลังเจรจากับรัฐบาลลาว เพื่อสร้างทางรถไฟฟ้าความเร็วสูง ซึ่งในอนาคตนั้นสามารถเชื่อมต่อเข้ากับเส้นทางกรุงเทพ-หนองคายได้เลย เนื่องจากจีนมีแผนวางเส้นทางรถไฟความเร็วสูง ไปถึงสิงคโปร์ แต่ภายหลังการเจรจาระหว่างรัฐบาลจีนและลาวมีปัญหา เนื่องจากรัฐบาลลาวเห็นว่า เงื่อนไงที่รัฐบาลจีนได้เสนอมานั้นเกินกว่าที่ลาวจะสามารถยอมรับได้ และเป็นภัยคุกคามต่อความมั่นคงของประเทศ ส่งผลให้โครงการรถไฟความเร็วสูงในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของไทยต้องสะดุดลง

เมื่อเดือนตุลาคม พ.ศ. 2553 ที่ประชุมร่วมรัฐสภาได้ลงมติเห็นชอบกรอบการเจรจาความร่วมมือด้านการพัฒนากิจการรถไฟระหว่างราชอาณาจักรไทยกับสาธารณรัฐประชาชนจีน กรอบการเจรจาดังกล่าว มีสาระสำคัญในการสร้างความร่วมมือเพื่อพัฒนากิจการรถไฟระหว่างไทย-จีน 5 ด้าน คือ 1. เส้นทางกรุงเทพฯ-หนองคาย 2. เส้นทางกรุงเทพฯ-ระยอง 3. เส้นทางกรุงเทพฯ-ปาดังเบซาร์ 4. เส้นทางกรุงเทพฯ-เชียงใหม่ และ 5. เส้นทางกรุงเทพฯ-อุบลราชธานี

เมื่อเดือนธันวาคม พ.ศ. 2554 รัฐบาลไทยโดยการนำของพรรคเพื่อไทย ได้ลงนามในบันทึกความเข้าใจ กับรัฐบาลจีน หนึ่งในนั้นคือโครงการรถไฟความเร็วสูงกรุงเทพฯ-เชียงใหม่ ซึ่งหมายความว่า รัฐบาลจีนมีความประสงค์ที่จะร่วมทุนกับรัฐบาลไทยในการก่อสร้างรถไฟความเร็วสูงในเส้นทางนี้ ต่อมาในพ.ศ. 2555 ระหว่างการประชุมคณะรัฐมนตรีสัญจรครั้งที่ 1 ในพื้นที่จังหวัดเชียงใหม่ วันที่ 14-15 มกราคม 2555 คณะรัฐมนตรีได้อนุมัติงบประมาณส่วนหนึ่งให้สร้างรถไฟฟ้าความเร็วสูง สายกรุงเทพฯ-เชียงใหม่ และในการประชุมคณะรัฐมนตรีสัญจรครั้งที่ 2 ในพื้นที่จังหวัดอุดรธานี วันที่ 22 กุมภาพันธ์ 2555 ได้อนุมัติให้ดำเนินโครงการก่อสร้างรถไฟฟ้าความเร็วสูง กรุงเทพฯ-หนองคาย

ปีพ.ศ. 2556 รัฐบาลไทยได้ยกร่างพระราชบัญญัติให้อำนาจกระทรวงการคลังกู้เงินฯ จำนวน 2 ล้านล้านบาท สำหรับใช้พัฒนาระบบโครงสร้างพื้นฐานของประเทศ โดยโครงการรถไฟความเร็วสูงเป็นหนึ่งในโครงการที่ถูกบรรจุอยู่ในเนื้อหาของพรบ. โดยมีแนวทางที่รัฐบาลไทยจะเป็นเจ้าของระบบรางและให้สัมปทานการดำเนินงานแก่เอกชน วางแผนให้สามารถทำการประกวดราคาได้ภายในไตรมาส 1/2557 ซึ่งพ.ร.บ. ได้ผ่านรัฐสภาในเดือนพฤศจิกายน อย่างไรก็ตาม พรรคประชาธิปัตย์ได้ยื่นเรื่องต่อศาลรัฐธรรมนูญ ว่าการออกพ.ร.บ. นี้ ไม่ชอบด้วยกฎหมายในทันที อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการชุมนุมของกลุ่มกปปส.ทำให้รัฐบาลประกาศยุบสภาในเดือนเดียวกัน และทำให้โครงการทั้งหมดล่าช้าออกไปอย่างไม่มีกำหนด

มกราคม พ.ศ. 2557 ศาลรัฐธรรมนูญ ได้ไต่สวนคำร้องให้ร่างพระราชบัญญัติให้อำนาจกระทรวงการคลังกู้เงินเพื่อการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานด้านคมนาคมขนส่งของประเทศ พ.ศ. .... ไม่ชอบด้วยกฎหมาย ซึ่งระหว่างการไต่สวน สุพจน์ ไข่มุกด์ ตุลาการรัฐธรรมนูญคนหนึ่ง ได้แสดงทรรศนะที่ก้าวก่ายรัฐบาลและต่อต้านโครงการนี้อย่างเปิดเผย อาทิ "ไม่คำนึงถึงปรัชญาเศรษฐกิจพอเพียง", "รถไฟเร็วสูงยังไม่จำเป็นกับไทย" หรือ "ให้ถนนลูกรังหมดก่อน"[ต้องการอ้างอิง] ซึ่งทำให้ศาลถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างมาก ในประเด็นที่ว่าศาลไต่สวนนอกเหนืออำนาจหน้าที่ เพราะควรไต่สวนเฉพาะประเด็นที่ขัดกฎหมาย[ต้องการอ้างอิง] ท้ายที่สุด ศาลรัฐธรรมนูญได้ตีตกพระราชบัญญัติฉบับนี้ ในวันที่ 12 มีนาคม 2557[ต้องการอ้างอิง]

ภายหลังการรัฐประหาร พ.ศ. 2557 ทั้งนี้การศึกษาและการดำเนินการต่างๆที่ดำเนินอยู่ ให้ดำเนินต่อไป อย่างไรก็ตาม จากการที่รัฐบาลทหารมุ่งเน้นสร้างเสริมความสัมพันธ์ระหว่างประเทศกับรัฐบาลจีน ทำให้รัฐบาลทหารได้หยิบยกโครงการนี้ขึ้นมาพิจารณาอีกครั้ง โดยหลีกเลี่ยงที่จะใช้คำว่ารถไฟความเร็วสูง และหันไปเรียกว่า "รถไฟทางคู่รางมาตรฐาน" แทน โดยมุ่งเน้นในการเชื่อมต่อกับจีนในสายอีสาน ก่อสร้างโดยใช้เงินกู้จากจีนเป็นหลัก อย่างไรก้ตาม โครงการต้องมาสะดุดอีกครั้ง เมื่อจีนกำหนดอัตราดอกเบี้ยเงินกู้สูงเกินไปและจีนขอเดินรถเอง[7]ทำให้รัฐบาลต้องหันไปพิจารณาแหล่งทุนจากแหล่งอื่นๆ อาทิ ไจก้า ที่เสนออัตราดอกเบี้ยถูกกว่า และยังทาบทามนายธนินท์ เจียรวนนท์ โดยเครือเจริญโภคภัณฑ์ มาร่วมลงทุน[8]ร่วมลงทุนในสัดส่วนจีน 70 ไทย 30 แต่จีนคำนวณมากกว่าไทย 20,000 ล้านบาท หรือต้นทุนที่จีนศึกษาที่ 1.7 แสนล้านบาท

ญี่ปุ่นได้แสดงความสนใจที่จะก่อสร้างรถไฟความเร็วสูงในสายเหนือ โดยยืนยันที่จะไม่ใช้ทางร่วมกับโครงการของจีน ทำให้เกิดปัญหาเขตทางไม่พอในช่วงบางซื่อ-ดอนเมือง ทำให้ภาพรวมของโครงการล่าช้า แม้ว่ารัฐบาลไทยเจรจากับญี่ปุ่นหลายรอบ แต่ท้ายที่สุดการเจรจาก็ล้มเหลว ทำให้รัฐบาลตัดสินใจยุบโครงการรถไฟความเร็วสูงสายตะวันออกเข้ากับรถไฟฟ้าเชื่อมท่าอากาศยาน