Николаевская дорога была построена с целью соединить железнодорожным полотном Москву и Санкт-Петербург — два крупнейших города Российской империи. Дорога проходила по территории многих губерний — например, Новгородская и Тверская губернии также были соединены благодаря постройке новой дороги. Новая дорога была построена по последним техническим новшествам — она была двухпутной, таких дорог в России в то время еще не было.
С момента основания в 1703 году Санкт-Петербург превращается в крупнейший по численности населения город Российской империи, становится важнейшим центром торговли. Увеличивающиеся в XVIII веке потребности растущего населения приводят к созданию различных путей сообщения столицы с остальными регионами страны: судоходные каналы, связавшие бассейн Балтийского моря с бассейном Волги и бассейном Белого моря; столичный тракт между Москвой и Санкт-Петербургом; Московское шоссе с гравийным покрытием.
Но этого было недостаточно для растущего города. Поэтому в 1830 году профессором Петербургского университета Щегловым было предложено и обосновано строительство чугунной железной дороги Санкт-Петербург — Тверь для кратчайшего соединения столицы с бассейном Волги. Позднее, в 1835 году, австрийцем Герстнером, инженером и предпринимателем, было предложено строительство железной дороги от Москвы до Петербурга. Была создана комиссия, которая отклонила предложение австрийца, но рекомендовала ему построить небольшую экспериментальную железную дорогу для изучения ее работы в зимних условиях.
После этого выдвигались различные варианты создания железнодорожного сообщения между Санкт-Петербургом и Москвой, но все отклонялись, пока в марте 1841 года Николай I не приказал создать комиссию для составления проекта железной дороги между Петербургом и Москвой, которую возглавил А. Х. Бенкендорф. Несмотря на то что проект, представленный комиссией в сентябре 1841 года, не был одобрен комитетом министров, император все-таки выступил за строительство магистрали.
