A lo largo del Ferrocarril Qinghai-Tíbet hay un hábitat de ecología primitiva que dispone de variado ecosistema y abundantes comunidades biológicas. El hábitat ocupa un lugar muy especial en el mundo, pero el ambiente ecológico es frágil, porque una vez destruido, tardará cerca de 100 años en recuperar la vegetación de pasto. Por ello, desde la construcción del Ferrocarril Qinghai-Tíbet se prestó mucha atención a la protección ecológica. En el diseño de la obra, se realizó la comparación y selección entre varios proyectos sobre vías férreas que atraviesan las reservas naturales de Hoh Xil, Qomar y Sogya y se adoptó el proyecto de desvío y evitación, en particular cuando la vía férrea entra en el Tíbet. En consecuencia se adoptó el proyecto de Yangbajain, encaminado a evitar completamente la Reserva Natural de Cigüeñas de Cuello Negro Pengbo, en Lhunzhub. Además, se firmó el acuerdo sobre responsabilidad de protección ambiental con entidades de construcción y se introdujo por primera vez el sistema de supervisión de protección ambiental.

Según estadísticas, en la construcción del Ferrocarril Qinghai-Tíbet se invirtieron más de 2.000 millones de yuanes, con dos objetivos básicos: primero, llevar a cabo la prevención y tratamiento de contaminación y, segundo, asumir la protección ecológica. Dicha inversión se destina principalmente al traslado, cultivo y conservación de la vegetación en terrenos bajos y herbosos y matorrales por medio del ferrocarril, la construcción de más de 30 pasos para animales salvajes, así como la experimentación e investigación sobre la vegetación en zonas de suelo helado. Después de la conclusión y operación del Ferrocarril Qinghai-Tíbet en 2006, se controla estrictamente emisión de desechos y residuos en toda su vía, se usa caldera de combustible-aceite o de energía solar para la calefacción en las estaciones centrales de la meseta, los vagones del tren de pasajeros son cerrados, se depositan desperdicios en las estaciones asignadas y se permite emitir aguas usadas y residuales de las estaciones centrales sólo después del tratamiento.

Las investigaciones sobre la construcción del Ferrocarril Qinghai-Tíbet, realizadas por la Administración Estatal de Protección Ambiental y otros departamentos pertinentes, el ambiente de agua de la Meseta Qinghai-Tíbet no ha experimentado notables cambios, la vegetación ecológica y los animales salvajes han sido bien protegidos desde el junio de 2001, fecha en que comenzó el proyecto. Ahora la calidad del sistema fluvial del río Yangtsé y el sistema fluvial de río interior Gormo es buena y no ha experimentado cambios fundamentales. Esto demuestra que todas las medidas protectoras del ambiente adoptadas durante el curso de construcción del Ferrocarril Qinghai-Tíbet han logrado positivos resultados.