২০০৩ সালের ১৬ মে শুরু হয়ে ২০০৫ সালের মার্চে শেষ হয় পদ্মা সেতুর সম্ভাব্যতা যাচাই সমীক্ষা। সমীক্ষায় রেললাইন যুক্ত রাখার সুবিধাসহ ২৫ মিটার প্রশস্ত সেতু নির্মাণের পরিকল্পনা ছিল। কিন্তু ২০০৭ সালে প্রকল্প অনুমোদনের সময় সেতুতে রেল যুক্ত করার বিষয়টি বাদ যায়।

পরে প্রধানমন্ত্রী শেখ হাসিনা পদ্মা সেতুতে রেললাইন যুক্ত করার নির্দেশ দেন। যমুনায় ১৯৯৮ সালে নির্মিত বঙ্গবন্ধু সেতুর এক প্রান্তে রয়েছে সিঙ্গেল লাইনের রেলপথ। সে কারণে সেতুটিতে দিনে ২৪টির বেশি ট্রেন চলতে পারে না। সেতুতে ফাটলের কারণে ট্রেন চলে ঘণ্টায় মাত্র ২০ কিলোমিটার গতিতে। যমুনার তিক্ত অভিজ্ঞতায় নিচতলায় ট্রেন ও ওপরতলায় গাড়ি চালানোর ব্যবস্থা রেখে পদ্মায় দ্বিতল সেতু নির্মাণের পরিকল্পনা করা হয় ২০০৯ সালে।
২০০৭ সালে অনুমোদনের সময় পদ্মা সেতু প্রকল্পের ব্যয় ধরা হয় ১০ হাজার ১৬২ কোটি টাকা। রেল সুবিধা যুক্ত করে ২০১১ সালে ডিপিপির প্রথম সংশোধনে ব্যয় বেড়ে দাঁড়ায় ২০ হাজার ৫০৭ কোটি টাকা। রেলেওয়ের প্রস্তাব ছিল সেতুতে ডাবল লাইনের ডুয়েলগেজ রেলপথ নির্মাণের। কিন্তু ব্যয় কমাতে সিঙ্গেল লাইনের ডুয়েলগেজ রেলপথ নির্মাণ করা হয়েছে সেতুর নিচতলায় (লোয়ার ডেক)।
 
পদ্মা সেতুতে ডাবল স্টেক কন্টেইনারবাহী ট্রেন চলতে পারবে। যাত্রীবাহী ট্রেন চলতে পারবে ঘণ্টায় ১৬০ কিলোমিটার গতিতে। পণ্যবাহী ট্রেন চলতে পারবে ১২৫ কিলোমিটার গতিতে। ডুয়েলগেজ রেললাইনের কারণে ব্রডগেজ ও মিটারগেজ; উভয় ধরনের ট্রেন চলতে পারবে। এত সুবিধা থাকলেও সিঙ্গেল লাইনের রেলপথ তৈরির কারণে যমুনার সমস্যা পদ্মাতেও হবে।

যমুনা সেতুর সমস্যা কাটাতে ১৭ হাজার কোটি টাকা ব্যয়ে পৃথক বঙ্গবন্ধু রেল সেতু নির্মাণ করা হচ্ছে। পদ্মার মতো নদীর ক্ষেত্রে আরেকটি রেল সেতু নির্মাণ দুরূহ ও ব্যয়বহুল। প্রায় ৪০ হাজার কোটি টাকায় পদ্মা সেতু হয়ে ঢাকা-যশোর রেলপথ নির্মিত হচ্ছে। ভবিষ্যতে এ পথের ভাঙ্গা জংশন থেকে বরিশাল, পায়রা বন্দর পর্যন্ত রেলাইন নির্মাণের পরিকল্পনা রয়েছে।