京兰客运专线从北京北站引出，到河北省的怀来、宣化、张家口、怀安，经内蒙古的乌兰察布、兴和、卓资、呼和浩特、土默特左、土默特右、包头、乌拉特前旗、五原、巴彦淖尔、磴口、乌海，经宁夏的石嘴山、贺兰、银川、永宁、灵武、吴忠、红寺堡、中宁、中卫，经甘肃省的平川、靖远、白银、兰州新区，引入中川城际铁路，连接京津冀经济圈、河套经济圈、黄河上游经济圈三个经济区。
呼和浩特，通称呼市，蒙古语意为“青色的城”，旧称归绥，是内蒙古自治区首府和政治、经济、文化中心，国家历史文化名城，我国北方沿边地区重要的中心城市。呼和浩特市拥有为数众多的文化史迹，有战国古长城；有见证胡汉和亲、被誉为民族团结象征金字塔的昭君博 物院；有黄教寺庙。
包头，是内蒙古的制造业、工业中心及最大城市 ，呼包银经济带、呼包鄂城市群的中心城市。是中国重要的基础工业基地和全球轻稀土产业中心 ，被誉称“草原钢城”、“稀土之都”。包头地处环渤海经济圈和沿黄经济带的腹地，是连接华北和西北的重要枢纽，是中国、内蒙古对外开放的重点发展地区，中国大陆铁路交通枢纽城市之一。
银川市，是中国历史文化名城，是宁蒙陕甘毗邻地区中心城市，是丝绸之路的节点城市，史上是西夏王朝的首都，是深入实施西部大开发战略的重点经济区。素有“塞上江南、鱼米之乡”的美誉，城西有著名的国家级风景区西夏王陵。
兰州，简称“兰”，是西北地区重要的交通枢纽和物流中心，是新亚欧大陆桥中国段五大中心城市之一，西北地区第二大城市，丝绸之路经济带的重要节点城市。兰州是古“丝绸之路”重镇，有许多名胜古迹，并曾入选中国十佳避暑旅游城市，国家级森林公园有徐家山、吐鲁沟、石佛沟；市区有五泉山、白塔山、白云观、等名胜古迹，还有兰山公园、、水上公园等风格各异的景点。
京兰客运专线全长约1700公里，是沟通东北、华北、西北的最快捷高速铁路，辐射全国40%国土的高速客运通道。该客运专线通车后，将使京包铁路和包兰铁路实现客货分离，缓解京藏高速公路、京包铁路、大秦铁路等西部向东部货运紧张的局面。