大同至西安客运专线工程包括了从大同至西安的正线连接以及多个配套工程和疏解线、联络线。正线全长841.876公里，跨越山西省和陕西省，其中山西境内706.336公里，陕西境内135.54公里。线路分为多个段，如大同至太原274.235公里，太原至运城356.331公里，以及运城至西安211.31km。
在大同枢纽，原有的大同南至大同东客车联络线和动车走行线已取消，涉及的施工路段分别有跨线桥和动车走行线。而在太原枢纽，有太原南至同安联络线、动车走行线，以及石太线和石太客运专线的部分改建工程。此外，太原北站、太原东站、太原站以及相关路段也进行了改造。
临汾和运城地区也设有动车走行线，而西安枢纽的配套工程包括新临潼跨线联络线。线路总体呈南北走向，连接了山西和陕西多个重要城市，是山西省南北交流的重要通道。工程标准方面，包括国家I级铁路等级，设计速度从200km/h至250km/h，最小曲线半径从2800m至7000m不等，牵引种类为电力，机车类型则随着路段变化。
到发线有效长度、调度指挥方式以及线路类型也各有差异，如大同至原平段为有碴轨道，而原平至西安段则采用新建的无碴轨道。综合以上内容，大同-西安客运专线工程是一项覆盖广泛、技术先进的铁路建设项目。
大同至西安铁路客运专线（老百姓俗称“大西高铁”），是国家中长期铁路规划网的重要组成部分，北起山西大同，经朔州、忻州、太原、晋中、临汾、运城、渭南等9市31县（区）至陕西西安，全长859公里。线路设计行车速度250km/h，运行时间将由现在的16个多小时缩短至3个小时，2009年12月3日，大西客运专线正式开工，工期4.5年，预计2014年6月正式通车。