โครงการก่อสร้างทางรถไฟ สายเด่นชัย - เชียงราย - เชียงของ หนึ่งในโครงการพัฒนาระบบรางภายใต้ยุทธศาสตร์การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานด้านคมนาคมขนส่งของไทยในแผนงาน 1 การพัฒนาโครงข่ายรถไฟระหว่างเมือง ระยะที่ 3 เพื่อเพิ่ม ศักยภาพการขนส่งระบบราง ให้สามารถรองรับจำนวนผู้โดยสารและปริมาณการขนส่งสินค้าที่เพิ่มสูงขึ้น ซึ่งสอดคล้องตามนโยบายการพัฒนาระบบขนส่งและโลจิสติกส์และแผนการพัฒนาต่าง ๆ ของรัฐบาล ที่สนับสนุนให้มีการใช้ระบบขนส่งระบบรางเพื่อช่วยลดการเกิดอุบัติเหตุทางถนน ลดมลพิษ ลดต้นทุนการขนส่งสินค้า และสามารถประหยัดการใช้พลังงานของประเทศได้ในระยะยาว

รถไฟทางคู่ สายเด่นชัย - เชียงราย – เชียงของ เป็นการก่อสร้างเส้นทางรถไฟสายใหม่ มีจุดเริ่มต้นที่อำเภอเด่นชัย จังหวัดแพร่ สิ้นสุดที่อำเภอเชียง จังหวัดเชียงราย ผ่านพื้นที่ 59 ตำบล 17 อำเภอ ของ 4 จังหวัดทางภาคเหนือ ได้แก่ จังหวัดแพร่ จังหวัดลำปาง จังหวัดพะเยา และจังหวัดเชียงราย รวมระยะทาง 323.10 กิโลเมตร รวม 26 สถานี

โครงการนี้มีเส้นทางผ่านภูเขาสูง และเขตอุทยาน จึงต้องออกแบบก่อสร้างเป็นคันทางระดับดิน และทางรถไฟยกระดับ รวมถึงมีการเจาะภูเขาก่อสร้างอุโมงค์ซึ่งมีความสูงเหนือระดับพื้นดิน เท่ากับตึกประมาณ 20 ชั้น ระยะทางในอุโมงค์ทั้งขาขึ้น และขาล่อง 27.03 กิโลเมตร อุโมงค์รวม 4 แห่ง ได้แก่

• อุโมงค์สอง อำเภอสอง จังหวัดแพร่ ความยาว 1.059 กิโลเมตร 
• อุโมงค์งาว อำเภองาว จังหวัดลำปาง ความยาว 6.211 กิโลเมตร (อุโมงค์รถไฟที่มีความยาวที่สุดในประเทศไทย)
• อุโมงค์แม่กา อำเภอเมือง จังหวัดพะเยา ความยาว 2.700 กิโลเมตร 
• อุโมงค์ดอยหลวง อำเภอดอยหลวง จังหวัดเชียงราย ความยาว 3.400 กิโลเมตร