本線是國家《中長期鐵路網規劃》的重要組成部分，線路北起山西省大同市，自北向南貫穿山西省中部，經山西省朔州市、忻州市、太原市、晉中市、臨汾市、運城市，在山西永濟市跨黃河進入陜西省渭南市，經臨潼至西安。

 

　　大同-西安客運專線全長859km，山西省境內正線長為710km，陜西省境內正線長為149km。其中大同至原平段利用在建北同蒲第三、四線160km（亦稱“北同蒲增建四線”或“大同-原平四線”），原平至西安段新建線路長度699km。全線橋隧比例約占線路全長的78%，共設車站29個，其中新建車站18個、利用在建和既有鐵路客站11個。線路設計行車速度250km/h，并預留進一步發展條件，全線工程投資預估算總額為963.3億元，山西段由鐵道部出資60%，山西省出資40%。建設工期四年。2009年12月3日上午開工，預計2014年竣工。