Entlang der Qinghai-Tibet-Eisenbahnlinie gibt es verschiedenartige Ökosysteme und reiche Biotope. Der ursprüngliche Zustand der ökologischen Umwelt dort nimmt weltweit einen wichtigen Platz ein. Sie ist allerdings sehr verletzlich und könnte nicht wiederhergestellt werden, wenn sie einmal zerstört würde. Die Wiedergutmachung mancher Grasvegetationen könnte Jahrhunderte dauern. Im Hinblick darauf wird beim Bau der Qinghai-Tibet-Eisenbahnlinie von vornherein großer Wert auf die Schutzarbeit für die ökologische Umwelt gelegt. Beim Entwurf des Projekts wurden verschiedene Konzepte über die Linienführung durch die Naturschutzgebiete wie das Naturschutzgebiet Hoh Xil, das Naturschutzgebiet Curma-Fluss und das Naturschutzgebiet Soigyia verglichen, dabei wurde das Umgehungskonzept angenommen. Insbesondere für die Strecke in Tibet wurde das Yangbajain-Konzept angenommen, damit das Painbo-Naturschutzgebiet für Schwarzhalskraniche in Lhunzhub völlig umgangen wird. Außerdem haben die Arbeitseinheiten, welche die Bauarbeit ausführen, einen Verantwortlichkeitsvertrag für den Umweltschutz geschlossen und dadurch wurde erstmals das System der Überwachung und Verwaltung für die Umwelt eingeführt.

Nach Statistiken wurden beim Bau der ganzen Qinghai-Tibet-Eisenbahnlinie für die Durchführung der Projekte zum Umweltschutz 1,54 Milliarden Yuan eingesetzt, was etwa 4,7 Prozent von der Gesamtinvestition in die Qinghai-Tibet-Eisenbahnlinie ausmacht. Beim Umweltschutz handelt es sich inhaltlich vor allem um zwei Arbeiten: zum einen um die Verhütung und Bekämpfung der Umweltverschmutzung, zum anderen um den Schutz von Ökosystemen, wobei die Vegetationen des grasbedeckten Moor- und Gebüschlands umgepflanzt und geschützt werden. Für Wildtiere wurden mehr als 30 Unterführungen gebaut. Experimente mit der Wiederherstellung der Vegetation auf der gefrorenen Erde wurden durchgeführt. Nachdem die Qinghai-Tibet-Eisenbahnlinie für den Verkehr 2006 freigegeben wurde, werden Müll und Abfall auf der ganzen Strecke streng kontrolliert. Für die Heizung in den Zentralbahnhöfen auf dem Plateau werden Brennölkessel oder umweltfreundliche Energietypen wie Solarenergie verwendet. Für den Personenzug werden isolierte Waggons eingesetzt. Der Abfall der Eisenbahnzüge wird auf einem Platz des vorgesehenen Bahnhofs gelagert und zentral entsorgt. Auch das Abwasser aus dem Alltagsleben in den Zentralbahnhöfen wird zur Wiederverwendung aufbereitet. Ein Null-Ausstoß wird angestrebt.

Die Untersuchung über die Umweltschutzarbeit beim Bau der Qinghai-Tibet-Eisenbahnlinie, die vom Staatlichen Amt für Umweltschutz durchgeführt wurde, zeigt, dass seit dem Beginn der Bauarbeiten an der Eisenbahnlinie im Juni 2001 die Wasserumwelt auf dem Qinghai-Tibet-Plateau keine merkliche Veränderung erfahren hat. Die Ökosysteme, die Vegetationen und Wildtiere wurden effektiv geschützt. Zur Zeit haben das Wassersystem des Yangtse und das Wassersystem des inneren Flusses Golmud gute Wasserqualität und haben sich grundsätzlich nicht geändert. Das zeigt, dass die beim Bau der Qinghai-Tibet-Eisenbahnlinie getroffenen Maßnahmen zum Umweltschutz effektiv sind.