1909年10月2日，居庸关脚下的南口火车站一派喜气洋洋的节日气氛。站前临时搭起的高大彩棚被装扮得格外漂亮，五颜六色的彩带在微风吹动下飘向空中。彩棚台上台下到处挤满了喜气洋洋的蝴蝶在飞舞。有的人甚至爬到树上，焦急地观望。9点45分，不知谁喊了一声“来了”，话音未落，“呜”，随着一声汽笛长鸣，一列身披红花的火车徐徐驶进南口车站。顿时，锣鼓声、鞭炮声、欢呼声响成一片。车上的人、车下的人都高兴地跳起舞来。究竟发生什么事了？为什么这些人如此兴奋和激动呢？原来，这是京张铁路的通车典礼。京张铁路是自古以来第一条由中国人自己勘测、设计和修筑的重要铁路。多少年来，因为中国缺乏这方面的人才，中国的铁路建设权利一直被帝国主义所把持。现在，没有借助分毫外国力量，中国人自己就成功地建成了这样一条誉满中外的铁路。中国人终于能直起腰了，人们怎能不高兴呢！那么，这位让中国人在世界上扬眉吐气的铁路工程师是谁呢？他就是著名工程师，中国铁路之父——詹天佑。
詹天佑的父母原来居住在广州。他的父亲詹兴洪是个小商人，以卖茶叶为生，在广州也还算小有名气。可是，好景不长。1840年，鸦片战争爆发，英国侵略者用大炮轰开了中国的门户。詹家的茶行，和其他小商人一样，全被外国人挤垮了。为了减少家用开支，詹兴洪被迫把家从大都市广州迁到了小城镇南海。1861年4月26日，詹天佑就出生在广东省南海县。
孩子出生了，因为是长子，全家人都高兴极了。可是，给孩子起个什么名字呢？詹兴洪想了几个，都觉得不好。他便对妻子说：“我想不出来了，还是你给起个吧。”
妻子陈氏说：“我一个家庭妇女，没上过学堂，能起出什么好名字。我看咱们还是让他爷爷帮着起个名字吧。”
詹天佑的爷爷想了又想，说道：“这孩子是咱们詹家的希望。咱们的家业将来还靠他继承，一定要起个吉利的名字。我看就叫‘天佑’吧。愿上天保佑孩子健康成长，保佑他将来出人头地，振兴家业，为咱们詹家光宗耀祖。”
詹兴洪夫妇一听，一致叫好：“好啊，好啊！就叫‘天佑’。有老天保佑，这孩子一定会有出息的。”全家人一致赞同。
由于詹天佑生下来就特别逗人喜爱，詹兴洪夫妇自然视若掌上明珠。当然，此时谁也没有想到，这个圆脸大眼睛的男孩长大后会成为享誉中外的铁路建筑大师。而此时此刻的詹天佑同样不会意识到，他出生的是一个正在趋于没落的儒商世家，未来充满着艰难困苦，但极富传奇性的魅力。
据詹家族谱记载，詹家本不是广东人，詹天佑的曾祖詹万榜，字文贤，原是安徽的一个无名中医，后因发财心切，跑到广东，改行经商，靠向外经销茶叶发了家，从此一家定居广州府南海县。后来到了祖父詹世鸾这辈，发财心和出人头地的思想较之乃父有过之而无不及，和詹文贤一样，发家后的詹世鸾也没有完全惟利是图，家乡地方史志记载他为人慷慨，在当地修学馆，兴义学，救助邻里，急公好义受到乡人赞誉。到他逝世时，家中已无多少积蓄。到了詹天佑父亲詹兴洪这一辈，情况发生了很大变化。詹兴洪长大后未能在仕途上有寸进，甚至连像乃祖乃父那样捐官和建学宫的荣耀都达不到。破产茶商的生活境遇是可想而知的。
詹兴洪共有两子两女，长女琼仙（1852—1890），次女和仙（1858—1946），幼子天佐（1864—1924）。詹天佑幼年即营养不良，有了弟弟妹妹后就更加困难重重了。所以他长得很瘦弱，个头也不高，但圆圆脸上的大眼睛却显示出过人的聪明和机警，小小年纪就帮大人做事。
转眼的工夫，天佑长到7岁了。一天，他在外面帮妈妈干活，爸爸让妹妹把他叫了回来。天佑进屋就问：“爸爸，什么事呀，我还没干完活呢！”
詹兴洪说：“先不用干了，爸爸有话要对你讲。”
天佑以为自己做错了什么事，就说：“爸爸，我没詹天佑故居陈列馆淘气呀！”
爸爸笑了，说道：“放心，你没淘气。爸爸叫你回来，是想让你歇一上午，明天好去私塾读书。”
天佑以为自己听错了，忙说：“爸爸，你说什么，你让我去读书？”
“是啊，怎么，你不愿意？”
“愿意，当然愿意！可是，爸爸，咱们家并不富裕呀，我要是去读书，家里岂不是更困难了吗？”
爸爸说：“天佑，爸爸知道你懂事。不过，你放心，爸爸会多想办法赚钱来供你的。只有读书，有了学问，将来才能有出息呀。你既然知道家里穷，读书就要多用功才是。”
“爸爸你放心，我一定用功读。”
就这样，7岁的詹天佑上学了，进入南海县一所私塾里读书。他天资聪慧，学习十分勤奋，以思维敏捷、善于属对而闻名乡里。
有一次，塾师出了副上联考学生：“日出东，月出西，天上生成明字”。詹天佑不假思索地回答道：“子居右，女居左，世间配定好人。”
还有一次，詹兴洪的好友广东香山商人谭伯村来访，想试一试詹天佑的才能，信口出上联曰：“宝塔层层，一二三四五六七。”詹天佑见桌上的算盘，从容对曰：“算盘度度，万千百十两钱分。”詹天佑的父亲经商，随时要用算盘，詹天佑耳濡目染，对算盘非常熟悉，灵机一动，就把它信手拈来应对了。
少年詹天佑喜欢读书，善于作对联，从小打下一定的古文功底。他成名后在演讲与写作中，喜欢用排比句、对仗句，为后人留下文采飞扬的名言警句，与他小时候所受的教育有关。
詹天佑自幼养成勤奋好学、坚毅深思的性格。他并不满足那些《四书》、《五经》等陈旧教材，鸦片战争以后，广东这个地方就处于英国的侵略势力之下。英国侵略者把鸦片烟、纺织品和其他洋货，源源不断地从香港输入广东，这样，天佑很小就有机会接触到许多外国的工业品和机器，有一次他读了一本谭伯村从香港带回的机械画报，爱不释手，还照着画报上的图样，用泥巴捏各种模型，做机器。他的衣服口袋里总是鼓鼓囊囊的，装着各种搜集来的小齿轮、发条等，一有空就摆弄着玩。小伙伴们称他是“机器迷”。父亲见儿子对机器这么感兴趣，就经常鼓励和支持他，并帮他收集一些齿轮、发条等等。詹天佑家里有一只闹钟。为什么闹钟能滴嗒滴嗒地走个不停？为什么它能按时响铃？追求新奇的小天佑决定要打开这个“秘密”，他趁家里大人不在，悄悄把闹钟零件一个个拆开，认真琢磨零件的性能及其相互关系，然后又一个个地按原样组装起来，终于弄清了闹钟的构造与原理。
一天，詹天佑放学回来后，正要去地里帮妈妈锄草，爸爸就出来叫他：“天佑，你快进屋看谁来了。”
詹天佑一听这话，忙往屋里跑，边跑边高兴地说：“一定是谭伯伯来了。”
詹天佑所说的谭伯伯，名字叫谭伯村，是詹兴洪的同乡和好友。他的经济情况比詹兴洪优裕，所以在詹家困难的时候，他时常接济他们。谭伯村家里女儿多，所以他特别喜欢天佑。他认为这孩子聪明、坚强，将来一定会有出息的。天佑也特别崇拜谭伯伯。谭伯伯经常往来于香港和南海之间，知道的事情可多了，而且谭伯伯还经常带给詹天佑一些新式画报。这些画报介绍许多西方的文化和生活，詹天佑看了特别感兴趣。
詹天佑跑进屋一看，果然是谭伯村来了。他高兴地跑过去：“谭伯伯，您怎么这么久才来呀！我早就盼您来了。这次您又给我带哪些好看的画报了？快给我看看。”
谭伯村被天佑逗笑了：“天佑，别总是急着看新画报。这回，我得问问你功课学得怎么样呀？先生教的你都会了吗？”
“早都会了。不过，谭伯伯，先生整天讲《四书》、《五经》，我都读腻了。”
“那好，下次来我多给你带几本画报。”
“太好了！谢谢谭伯伯！”
谭伯村又说：“不过，条件是私塾先生教的你都要学好了才行。”
詹天佑高兴地点了点头。
1871年，清政府派进士出身的刑部主事陈兰彬（1816—1895）、从美国留学回来的江苏后补同知容闳为正副委员，负责办理招考12岁至16岁幼童官费留美事宜。当时社会比较封闭，对出国留学多存疑虑。容闳认为南方风气较开放，亲赴香港招生。
此时的詹天佑读完了私塾。他已经是11岁的孩子了。是让他将来种田呢？还是做学徒去呢？詹兴洪犯难了。他当然希望天佑多读些书或去省城学些技艺，但由于家庭经济情况不好，不能如愿以偿。
年底的一天傍晚，全家人正在商量詹天佑今后的出路问题，谭伯村急匆匆地来了。他进门便说：“我给天佑找到一个出路。”
詹兴洪一听，忙问：“什么出路？”
谭伯村坐下，喝了口水说道：“是去美国留学，是政府要选送幼童官费留洋学习科技。”
詹兴洪说：“以前没听说有这回事呀，怎么现在官府要选幼童出国呢？”
是啊，清政府怎么会向美国派出官费留学生呢？
原来，在詹天佑出生前不久的第二次鸦片战争中，中国又一次在英、法两个西方资本主义强国的武力进攻面前惨遭败北，清王朝的统治摇摇欲坠。在这种情况下，清政府中有的官吏感到中国在军事上实在太落后了，难以抵挡西方列强坚船利炮，所以，他们从维护封建统治的目的出发，发起了以购买制造洋枪、洋炮，兴办工厂、矿山以及向国外派遣留学生等等为内容的洋务运动。
向外国派遣留学生是由一位叫容闳的改良主义者最早提出建议的。容闳（公元1828—1912），字莼甫，也是广东人，18岁时随一位美国教师去了美国。在美国，容闳先进入马萨诸塞州梦松镇的孟松学校读书，1850年毕业后升入美国的耶鲁大学学习，四年后毕业，获文学学士学位，成为有史以来在美国第一流大学毕业并获得学位的第一名中国学生。27岁时他回到广东，看到清政府的腐败和落后，他十分忧虑。于是，他向清政府建议派遣留学生，出国去学习先进的技术。洋务运动的领导者从扩充洋务派的实力出发，考虑到确实需要培养一些人才以便掌握和运用从外国买来的机器，因此大力支持。几经权衡，清政府终于同意了派遣出国留学生的计划。
清政府的计划规定：选派聪明的幼童去外国学习，每年30名，连续4年，在外到14岁之间，到外国学习15年，回国时不过30岁上下，年富力强，正好可以报效国家。国学习15年后回国。
1871年春天，清政府决定在上海招收30名幼童出国，但上海的一些达官贵人子弟过惯了养尊处优的生活，家里不舍得让他们出国，穷人家的孩子又大多没读过书，过不了考核这关，所以上海报考的幼童很少，没有招满。这样，政府又派人到香港去挑选聪颖而又中英文都好的学生。
谭伯村在香港听到招考的消息后，马上想到了詹天佑，于是他立即赶回南海，将消息告诉了詹兴洪，并建议詹兴洪夫妇让詹天佑去报考。
詹兴洪一听说要远渡重洋，就有些犹豫：“这么小的孩子去那么远的地方读书，怎么行呢？”
谭伯村说：“苦是苦点，不过，这可是个好机会，孩子若是真能出国，回国后一定受重用，这可是一辈子的金饭碗。”
天佑妈妈说：“好倒是好，只是天佑还小，从来没离开过家，我担心他去那么远的地方会想家。在那儿，身边没人照顾，让我怎么舍得呢！”
谭伯村说：“我看天佑这孩子平时挺能吃苦的。孩子大了，就该让他出去闯荡闯荡，让他守在家里能有什么出息？”
看着天佑父母担心的样子，谭伯村又说：“只要你们让天佑出国留学，我就把我的四女儿许配给天佑为妻，这下你们放心了吧。”
詹兴洪夫妇当然很高兴。在谭伯村的一再说服下，他们终于同意了让詹天佑去香港参加考试。
如谭伯村所料，詹天佑在香港以优异的成绩通过了考试。他被录取了。1872年春，父亲在詹天佑出洋志愿书上具结曰：“兹有子天佑，情愿送赴宪局带往花旗国肆业，学习机艺，回来之日，听从中国差遣，不得在外国逗留生理。倘有疾病，生死各安天命。”
在上海学了4个月的英文后，1872年8月11日，詹天佑同第一批留学儿童一起，乘船离开上海前往美国。
经过40天海上航行，他们于9月14日抵达旧金山。7天后，搭乘横贯美国中部的大铁路，他们抵达留学的目的地——康涅狄格州。
考虑到这些幼童少小离家，缺少亲情照顾，抵美后，容闳按照美方建议，把他们三五一组安排到美国东北部康涅狄格河谷的美国人家中，以便他们学习语言，加快融入美国社会和文化。詹天佑与欧阳赓被安置到一位叫做诺索布的先生家里，并就读于康涅狄格州西海文小学。这是一所私立的预备教育性质的学校，诺索布先生时任该校校长。诺索布一家对詹天佑二人关怀备至，留学生活也十分愉快。
这所私立学校的主要任务是训练世界各地来美国留学的儿童，课程也主要是学习英语和了解美国的风俗习惯。此时的美国，南北战争已经结束，来自世界各地的移民带着梦想投入这一新兴国家的建设，同时还经历着第二次科技革命的全新洗礼，电报、电话、留声机、电灯、内燃机相继发明并投入使用。在科技的带动下，美国经济迅猛发展。詹天佑以及留美幼童们耳濡目染，深受鼓舞，学好本领、报效祖国的信念愈发强烈。
西海文小学的校长夫人玛莎·诺索布也是学校的老师。她非常喜爱孩子。詹天佑刚到这个学校时，年龄在班里最小，学习却最刻苦，而且詹天佑很懂事，生活中遇到困难时他都尽量自己解决，不去麻烦老师。对于詹天佑的聪明好学，独立自强，诺索布夫人看在眼里，爱在心上。詹天佑在美国上学的9年里，她始终把詹天佑当作自己的孩子一样关心、照料。詹天佑也很敬重诺索布夫人，有什么心里话都愿对她讲。
1874年，詹天佑来美国一年多了，他好像长大了许多。一天，他一个人在学校的操场上闷闷不乐地坐着。诺索布夫人拿着教案走了过来，看到天佑呆呆的样子，她慈祥地问道：“天佑，为什么不开心呀？”
詹天佑抬起头，看了她一眼，撅着嘴说道：“夫人，我有一些事总也想不通。”
“哦，是什么问题呀？说来让我听听好不好？”
詹天佑犹豫了片刻说道：“在美国为什么外国人与美国人都是平等的，在我们中国，外国人却高出中国人一等，可以随意欺压中国老百姓呢？”
诺索布夫人疼爱地看了一眼詹天佑，说道：“外国人之所以在中国横行霸道，是因为中国人比他们落后，落后就要挨打。中国在鸦片战争中输给了英国和法国，所以只好对他们忍气吞声。”
詹天佑听完了诺索布夫人的话，两只拳头早已攥得紧紧的。
诺索布夫人像是明白詹天佑的意思。她说：“天佑，你不要灰心，中国的落后只是暂时的，你现在好好学习，将来回去才可以把你的国家振兴起来呀！”
詹天佑一听，连忙点头：“夫人，我会的。我一定要学好知识，将来一定要让中国人在外国人面前挺起腰来！我一定要为所有的中国人争光！”说这些话时，詹天佑的眼里已经浸满了泪花。从此以后，詹天佑更加用功地学习了。他与美国学生一起上课，很快便意识到自己英文底子远远不够，于是像幼时诵读《四书》、《五经》那样天天背诵英语单词，主动与当地学生聊天，锻炼会话能力。天下无难事，只怕有心人，詹天佑的英文水平进步很快。1876年，他以优异的成绩考入了纽海文中学。在这所中学学习的两年里成绩一直很突出，最后他以全班第一、全校第二的成绩读完了高中课程。
毕业前夕，詹天佑又去看望诺索布夫人。在美国的这段留学生活期间，他经常去诺索布夫人家做客。
诺索布夫人正在家中锄花园里的草。看见詹天佑来了，她忙停下手里的活，与詹天佑来到客厅里坐下。
“天佑，最近你有好长时间没来了，一定是很忙吧。”
“是啊，夫人，我们马上要毕业了，事情特别多。”“毕业后，你打算考哪所大学呀？”
詹天佑说：“夫人，我还没想好，您觉得我考哪所大学好呢？”
诺索布夫人不加思索地回答：“耶鲁大学，这是世界著名的大学，你的数学成绩那么好，进耶鲁大学读理工科正合适，要是考一般性的学校我觉得太可惜了。我早就认为你该去耶鲁大学。”
“太好了，夫人，我的想法和您相同。那我决定考耶鲁大学。”
1878年7月，詹天佑如愿地考入了耶鲁大学雪非尔理工学院，入土木工程系，专门学习铁路工程。
詹天佑在耶鲁大学的四年中，刻苦钻研，成绩优秀。特别是数学，在大学一二年级，他两次获得数学课的奖学金。詹天佑在美国留学的这个时期，正是美国的科技迅速发展阶段，使他开阔了眼界。目睹了铁路的巨大运力，预知此物对于来往运输、振兴中国经济必将起到显著的作用，因此攻读土木工程专业，专习铁路工程。詹天佑的天资、勤奋、理解力和接受力在此时完全显露出来，各科成绩都很优秀，受到容闳的大力称赞，也令当地美国师生刮目相看。
詹天佑兴趣广泛，课余时间阅读了大量具有民主进步思想的西方作品。他爱好运动，游泳、滑冰、钓鱼、打球样样参与，尤其喜欢打棒球，并一度成为中国留学生代表队——中华棒球队的队员。
1881年，詹天佑完成了大学本科的学习，获得学士学位。他的毕业论文《码头起重机的研究》受到一致好评。
正当詹天佑大学毕业，想继续深造时，清政府下令撤回所有在美国的官费留学生。
清政府原定让幼童在美国留学15年后再回国。那它为什么突然变卦，要提前而且是全部撤回学生呢？
原来，清政府在19世纪60年代，内部分化为两派，就是洋务派和顽固派。洋务派主张学习西方，对外开放；顽固派则坚持闭关锁国，反对向西方学习。留学生出国后，顽固派一直耿耿于怀。
清政府派驻美国的全权大使兼留学生监督就是一个顽固派。他与带学生出国的容闳一直不和，所以他千方百计地破坏容闳及洋务派的留学生计划。这位大使不断给清政府暗地打报告，制造各种谣言，诬蔑学生已经完全西化，失去爱国心，而且还信仰了基督教，说什么如果不立即撤回去，即使他们以后能学成回国，也是不但不会对国家有益，反而对社会有害。清政府对这些人的汇报深信不疑，加上当时留学生在美国也受到排斥，所以政府下令全部撤回留学生。
1881年7月的一天，詹天佑来到诺索布夫人家辞行：“夫人，我马上要和同学们一起回国了。”
诺索布夫人深深地叹了口气说：“真是太可惜了，你若能再深造两年，一定会更出色的。”
詹天佑安慰她说：“夫人，您放心吧，回国后我也不会放松学习的。”
诺索布夫人又说：“天佑，你想留在这里吗？”
詹天佑摇了摇头：“夫人，国家招我们回去，一定是需要我们，我正好可以报效祖国啊！再说，我都离开家9年了，实在太想家里的人了，我早就想回去了。”
诺索布夫人看着天佑，爱怜地点了点头。
容闳以及热心培育中国幼童的美国人士多方奔走，力图挽回，均无济于事。1881年9月6日，詹天佑和留学生们乘轮船离开美国，取道日本，经过一个月的航行，于10月6日回到上海。120名留学生中，仅有詹天佑和欧阳赓大学毕业。詹天佑虽然获得毕业文凭，却也丧失了毕业后实习考察的机会。
