Тамбо́во-Сара́товская желе́зная доро́га — железная дорога в Российской империи, названа по крайним пунктам: Тамбову на северо-западе и Саратову на юго-востоке.
Вопрос о сооружении железной дороги от Саратова до Тамбова впервые возник в 1866 году на первом Саратовском губернском земском собрании.
В апреле 1867 года Комитет железных дорог утвердил направление железной дороги от Тамбова к Саратову через Кирсанов и Аткарск. Саратовское и Кирсановское земства провели изыскания, составили сметы и ходатайствовали о выдаче им концессии. Однако ряд обстоятельств помешали быстрой постройке дороги.
Борисоглебское земство, получившее 21 марта 1868 года концессию на дорогу от Грязей до Борисоглебска, немедленно приступило к работам, но реализовать акционерный капитал на эту постройку не могло. Поэтому земство вошло с новым ходатайством к правительству о разрешении проложить дорогу до Камышина или Царицына. В то же время возник вопрос о сооружении железной дороги от Моршанска к Самаре, о чём ходатайствовали Пензенское и Самарское земства, а Оренбургский генерал-губернатор настаивал на необходимости связать рельсовым путём Оренбург с Самарой. Сооружение к низовьям Волги сразу трех дорог одновременно признавалось невозможным.
Вследствие такого осложнения, уполномоченные Саратовского и Кирсановского земств, выступили с новым предложением построить дорогу исключительно средствами земств, без всякой гарантии правительства. Кроме того, не ожидая окончательного решения дела и получения концессии, Саратовский земский комитет заключил 21 июня 1868 года контракт на сооружение железной дороги.
10 октября 1868 года концессия на Тамбовско-Саратовскую дорогу была утверждена на следующих основаниях: земства Саратовской губернии и Кирсановского уезда вместе с Саратовским городским обществом принимают на себя обязанность образовать акционерное общество для устройства и эксплуатации Саратовско-Тамбовской железной дороги.