该实验室以铁路行业发展为导向，以应用基础理论和试验研究为基础，重点解决高速铁路建造关键技术，主要研究车——线——桥振动模拟、特殊岩土路基静动力特性、隧道结构空气动力效应、铁道工程结构耐久性、先进装备核心技术和建造技术数字化等实验系统，开展高速铁路无砟轨道系统成套技术、特殊岩土地基处理和路基沉降控制技术、复杂桥梁建造技术与装备、隧道空气动力学效应与防灾减灾、高性能工程材料及制品制备技术研究与产品开发。实验室将建成高速铁路线桥隧静力实验室、高速铁路线桥隧动力学实验室、工程材料与耐久性实验室、高速铁路建造先进装备实验室、高速铁路建造数字实验室，并建立配套基础设施。

实验室包括高速铁路线桥隧静力实验室、高速铁路线桥隧动力学实验室、先进工程材料与耐久性实验室、高速铁路建造数字实验室和高速铁路建造先进装备实验室五个分实验室，能够进行高速铁路土木工程设计、施工、材料等建造技术研究实验和设施建设，实验室将建设成特色突出、装备先进、管理科学的国内领先、国际一流的高速铁路建造技术研发机构，并成为我国高速铁路建造领域应用基础理论研究、共性关键技术及先进装备研发的创新平台和技术辐射中心，以及人才培养与培训、国际交流的重要基地。

现任国家工程实验室理事会名誉理事长为孙永福院士，理事会理事长为中国铁路工程总公司党委书记、中国中铁股份有限公司总裁、教授级高工李长进，理事会常务副理事长为中国中铁股份有限公司副总裁兼总工、教授级高工刘辉，国家工程实验室主任为中南大学余志武教授。