Azərbaycanda ilk dəmir yolunun çəkilməsi neft sənayesinin inkişafı ilə əlaqədardır. 1847-ci ildə neftin sənaye üsulu ilə hasilatından, eləcə də 1872-ci ildə çar hökumətinin qərarı ilə neftlə bağlı tətbiq edilən iltizam sisteminin ləğvindən sonra Bakı neft sənayesi coşğun dövrünə qədəm qoydu. Hasil olunan məhsulun emal müəssisələrinə və alıcılara təhlükəsiz və vaxtında çatdırılması neft sənayeçilərini narahat edirdi. Sahibkarların mədənlərlə neftayırma zavodları arasında dəmiryolu çəkilməsi ilə bağlı tələbləri öz bəhrəsini verir. Nazirlər Komitəsinin çar II Aleksandrın iştirakı ilə 1878-ci il iyunun 16-da keçirilən iclasında neft sahəsində dəmiryolunun tikintisi layihəsi təsdiq olunur. 25,2 verst (26 km) uzunluğunda olan dəmiryolunun çəkilməsi "Poti-Tiflis" dəmir yolu cəmiyyətinə həvalə edilir. Balaxanı və Suraxanı zolağına düşən torpaq ərazilərinin qiymətləndirilməsi xeyriyyəçi Hacı Zeynalabdin Tağıyevin rəhbərlik etdiyi ictimai komissiyaya tapşırılır. Neft sahəsində dəmiryolu xətlərinin tikinti xərcləri 784 min 872 rubl təşkil edirdi. Yolun inşasına 1878-ci ildə başlanılır və 1879-cu ildə işlər başa çatdırılır. 20 yanvar 1880-ci ildə dəmir yolunun rəsmi açılışı olur. Dünyada ilk dəfə olaraq neft məhz bu yolla sisternlərlə daşınmağa başlayır. Bundan sonra, Bakı-Sabunçu dəmiryolu xəttinin elektrikləşdirilməsi istiqamətində yenidənqurma işləri aparılır və 1926-cı il iyulun 26-da Abşeronun məşhur neft rayonları olan Sabunçu və Suraxanıya ilk elektrik qatarları hərəkət etməyə başlayır.
Azərbaycanda durmadan artan neft hasilatı, eləcə də genişlənməkdə olan emal müəssisələrinin sayı istehsal olunan neft və neft məhsullarının ixracını gündəmə gətirir. Neftin Bakı neftayırma zavodlarına, Xəzər dənizi vasitəsilə Rusiyanın mərkəzi rayonlarına, eləcə də Yaxın və Orta Asiyaya, hətta Hindistana qədər daşınması olduqca primitiv üsulla, karvan üsulu ilə ağac çənlərdə, tuluqlarda icra edilirdi. Bu üsul baha başa gəlməklə yanaşı, riskli idi: qəza halları qaçılmaz olurdu. Bundan başqa, gəmilərlə neft və neft məhsullarının Xəzər dənizi vastəsilə Həştərxana (indiki Astraxan), oradan da Rusiya bazarlarına çıxarılması uzun vaxt (təxminən, 6 ay) alırdı. 1880-1882-ci illərdə Bakıda o qədər böyük miqdarda xam neft toplanmışdı ki, onu daşımaq üçün lazımı həcmdə çənləri olmayan neft sənayeçiləri bir müddətə hasilatı və emalı dayandıraraq, çıxarılan nefti dənizə tökməyə, yaxud da yandırmağa məcbur olmuşdular. Bakı neftinin Avropaya daşınması aktual məsələyə çevrilmişdi. Buna görə də, artıq iri sənaye mərkəzi sayılan Bakını dəmir yolları ilə Qara dənizlə birləşdirmək zəruri idi. İdeya ilk dəfə XIX əsrin 30-cu illərində irəli sürülsə də, bu yöndə əməli işə yalnız 50-ci illərin ortalarında başlandı. Lakin Çar Rusiyası maliyyə çətinlikləri ilə əlaqədar bu dəmiryolunun hissə-hissə çəkilməsinə qərar verdi. 1865-ci ildə, bütün əvvəlki layihələrin əksinə olaraq, Cənubi Qafqazda dəmiryolu çəkilməsinə Bakıdan deyil, əks istiqamətdən - Potidən başlandı. 294 km uzunluğundakı Poti-Tiflis dəmir yolu 1872-ci ildə istifadəyə verildi. 1879-cu ildə çar II Aleksandr 548 km uzunluğundakı Bakı-Tiflis dəmir yolunun tikintisinə icazə verdi. Onunla eyni vaxtda Poti-Tiflis dəmir yolu üzərindəki Samtredi stansiyasından Batum limanına 105 km-lik dəmir yolu xətti inşa edildi. 1883-cü ilin mayından qatarların Bakıdan Batuma birbaşa hərəkətinə başlandı. Kiçik bir yaşayış məntəqəsi olan Batum tezliklə Bakı nefti hesabına inkişaf edərək dünyanın böyük liman şəhərlərindən birinə çevrildi. 1901-ci ildə Batum limanından 74,4 milyon pud (1 pud = 16,38 kq), 1902-ci ildə isə 78,3 milyon pud neft və neft məsulları ixrac edilmişdi. Bununla belə, neft və neft məhsullarının çox az bir hissəsi Rusiyanın Avropa hissəsinə gedib çatırdı. Buna görə də, 1897-ci ildə Rusiya hökuməti dəmir yolunun Port-Petrovskdan (indiki Mahaçqala) Dərbəndədək, ordan isə Bakıyadək uzadılmasını qərara aldı. Tikinti işlərinə 1897-ci ilin martında başlanıldı və 1900-cu ildə bu işlər tamamilə başa çatdırıldı. Bununla da, Bakı Rusiyanın dəmiryolu şəbəkəsi ilə bağlanmış oldu. XIX əsrin 80-90-cı illərində Bakı nefti Rusiya dəmir yollarının ümumi yükdaşımasında layqli yerini tutdu. Uzun müddət Zaqafqaziya dəmir yolunun tərkibində Bakı hissəsi kimi fəaliyyət göstərən Azərbaycan dəmir yolları 1955-ci ildə SSRİ Nazirlər Sovetinin qərarı ilə SSRİ Yollar Nazirliyinin tərkibində müstəqil dəmir yolu kimi fəaliyyətini davam etdirdi.
Azərbaycan dövlət müstəqilliyini bərpa etdiyi ilk illərdə hasil etdiyi neft, qaz və neft məhsullarının ixracını dəmiryolunun vasitəsilə həyata keçirirdi. Bakı-Novorossiysk kəməri 1997-ci ilin sonlarında, Bakı-Batumi kəməri 1999-cu ilin əvvəllərində, Bakı-Tbilisi-Ceyhan əsas ixrac boru kəməri isə 2005-ci ilin ortalarından istismara verildikdən sonra xam neft ixracının ağırlığı əsas etibarı ilə boru kəmərləri üzərinə keçdi. Bununla belə, dəmiryolu daşımaları da rentabelliyini qoruyub saxladı. “ExxonMobile” 2005-2015-ci illər ərzində “AÇG” layihəsi çərçivəsindəki neft payını Batumi limanına dəmiryolu ilə nəql edib. İranın “NİCO” şirkəti isə “Şahdəniz” yatağından hasil olunan kondensat payını 2010-2018-ci illər ərzində dünya bazarlarına Bakı-Batumi dəmir yolu xətti ilə çıxarıb. Uzun müddət Qazaxıstan və Türkmənistana məxsus tranzit neftlər Gürcüstan bazarına məhz bu yolla çıxarılıb. Ötən müddət ərzində Azərbaycanın dəmiryolu infrastrukturu ilə 38,7 milyon tondan artıq qazax və türkmən nefti dünya bazarlarına çatdırılıb.
Eyni zamanda, 2005-2018-ci illərdə ölkəmizə məxsus 22,8 milyon ton neft və kondensat da dəmiryolu vasitəsilə daşınıb. Neft məhsullarının dəmiryolu ilə ixracı məhdudlaşdırılsa da davam etdirilir. “Middle East Petroleum FZE” şirkətinə məxsus neft məhsularının Dübəndi Neft Terminalından Gürcüstan istiqamətində göndərilməsi həyata keçirilir. Həmin şirkətə məxsus 14,8 milyon tondan artıq tranzit neft məhsulları (mazut, aviakerosin, avtomobil benzini, dizel, qazoyl) Gürcüstana daşınaraq dünya bazarlarlarına çıxarılıb.