Le long de la ligne ferroviaire Qinghai-Tibet, l'écosystème est divers, et la colonie biologique abondante. Bien que l'environnement écologique primitif qui s'y trouve occupe une place particulière au monde, il s'avère très faible. Une fois détruit, il serait difficile de le rétablir. Dans le cas de la couverture herbacée, par exemple, il faudrait une centaine d'années. C'est pourquoi, au cours de la construction du chemin de fer Qinghai-Tibet, on a toujours accordé une grande importance à la protection de l'environnement écologique. Pour le tracé du tronçon du chemin de fer qui traverse Hoh Xil, le fleuve Qumar et la réserve naturelle de Suojia, on a élaboré plusieurs variantes pour finalement choisir la méthode de contournement ; pour le tronçon qui entre au Tibet, le projet Yangbajain a permis d'éviter complètement la réserve naturelle de la grue à col noir de Painbo à Lhunzhub. De plus, on a signé avec toutes les unités de travaux un acte de responsabilité concernant la protection de l'environnement, et on a adopté le système d'ingénieur-conseil relatif à la protection de l'environnement.

L'investissement total dépasse deux milliards de yuans dans le domaine de la protection de l'environnement. Le contenu de la protection de l'environnement comprend deux points importants. L'un consiste à se préserver de la pollution de l'environnement, l'autre, à protéger l'écosystème. Le fonds est destiné principalement à l'entretien de la couverture de prairies et d'arbrisseaux transplantés, à la construction d'une trentaine de passages pour les animaux sauvages et à la recherche sur le rétablissement de la couverture végétale dans la zone de pergélisol. Avec la mise en service du chemin de fer en 2006, on adopte une série de mesures pour protéger l'environnement écologique telles que le contrôle strict de l'évacuation des rebuts, l'utilisation de chaudières à gaz naturel ou de l'énergie solaire par les gares principales pour se chauffer, l'utilisation du train hermétiquement clos, l'évacuation et le traitement unifiés des ordures rassemblées par les wagons dans les stations désignées, et le traitement des eaux usées par les diverses gares.

Le Bureau national de protection de l'environnement a procédé à des enquêtes sur le chemin de fer Qinghai-Tibet. Les résultats montrent que depuis la mise en chantier, le système hydraulique du plateau est resté inchangé, que la couverture végétale et les animaux sauvages sont protégés efficacement, et que la qualité des systèmes hydrauliques du Changjiang (Yangtse) et du fleuve Golmud est bonne. Cela prouve que les mesures de protection prises dans la construction du chemin de fer Qinghai-Tibet ont donné des résultats tangibles.