詹天佑自幼聪慧好学，八周岁入私塾，三年后以优异的成绩结业，更难能可贵的是他自幼酷爱机械，9岁时，动手修好了大家都认为已经老得不能再修的自鸣钟。当技艺员都对洋行运来的机器束手无策时，他却能指出那些零件的安装部位与方法，而之前不过认真地看过一遍，表现出非凡的才智。
也许还应该庆幸，詹天佑从小生长在一个民主自由的家庭，祖传的自鸣钟，拆坏了非但没有遭到训斥，反而得到了世伯谭伯村的夸奖，还得到了一块珍贵的怀表，后来又得到他的资助，才得以成为娃娃留学生赴美留学深造，为他后来的事业打下了基础，而开明的父母虽然难舍才十一岁的长子，但最终还是以大局为重，前途为要，让儿子只身远渡重洋。
伟人总是多磨难，詹天佑也未能例外。在他成长的道路上，可谓危机四伏，美国学生对他优异成绩的嫉妒以及对他的排挤，清朝政府迂腐官员对他们这群留学生的百般刁难，都只会把他的意志磨练和更加刚强。这个从小就胸怀大志的青年，时时把祖国装在心中，在心痛祖国落后的同时，更是树立起信心，立志报效祖国。
然而事实却是那样的残酷，正当他踌躇满志，以全系第一名的成绩压倒美国当地的学习尖子，获得学士学位，准备继续深造时，腐朽的清政府竟下令将全部留学生“裁撤”回国。
1881年秋，年满二十岁的詹天佑怀着报效祖国之心回到了灾难深重的国土，然而得到的却是当政者的冷遇与歧视，优等生被视为“次等生”，因为当政者视铁路为怪物，于是他学的机械业没有了用武之地，被安置到福州船政局去“学习一艺”，被足足误了七年，但是，是优等生，干什么也是优等的，在船政局他同样表现出自己的非凡才能。
1882年夏，詹天佑以第一的成绩毕业，被分配到福建水师的旗舰“扬武”号，任驾驶官。
1884年秋，在与法舰的马尾海战中英勇作战，求助多人，受到外报的载文赞誉。
1886年受张之洞委托，绘制了中国第一份《海险要图》，开了我国新技术测绘的先例，为此，他还推迟了自己的婚期，直到1887年，27岁时才与谭菊珍结为连理。
“是金子总会闪光的。”1888年，詹天佑终于有机会介入铁路事业了，他与筑路工人同吃同住，每天风餐露宿，但凭着对铁路事业的一腔热情，掌握了更多的技术，在洋人都深感在滦河上架桥已经是黔驴技穷的时候，他却第一个采用了土洋结合的技术方案，用压气箱法，再配合以机器打桩，采用了空中、水面、水底立体声交叉，土洋结合的综合作业，完美地捧出了滦河大桥，雄辩地说明了他知识的渊博，艺业的精湛。
后来，在帝国主义列强争持不下的情况下，勇敢地站出来 ，承担起了修筑京张铁路的艰巨任务。在帝国主义的嘲笑声中，在中国人民的担忧声中，他不负众望，以省钱、省工、速度快、质量好的特点，创造了京张铁路这个伟大的奇迹，他无愧于“铁路之父”的称号。蜿蜒挺进的京张铁路，与挺拔雄伟的长城并列，一上一下相映成辉，映照出了中国人民的骄傲与不屈的民族魂。
