本线是国家《中长期铁路网规划》的重要组成部分，线路北起山西省大同市，自北向南贯穿山西省中部，经山西省朔州市、忻州市、太原市、晋中市、临汾市、运城市，在山西永济市跨黄河进入陕西省渭南市，经临潼至西安。

 

　　大同-西安客运专线全长859km，山西省境内正线长为710km，陕西省境内正线长为149km。其中大同至原平段利用在建北同蒲第三、四线160km（亦称“北同蒲增建四线”或“大同-原平四线”），原平至西安段新建线路长度699km。全线桥隧比例约占线路全长的78%，共设车站29个，其中新建车站18个、利用在建和既有铁路客站11个。线路设计行车速度250km/h，并预留进一步发展条件，全线工程投资预估算总额为963.3亿元，山西段由铁道部出资60%，山西省出资40%。建设工期四年。2009年12月3日上午开工，预计2014年竣工。