Marmaray, İstanbulun Avropa və Asiya yakalarındaki dəmiryolu xəttlərini Bosfor (İstanbul Boğazı) altından keçən bir balon tunellə birləşdirən 76 km-lik bir dəmiryolu yaxşılaşdırma və inkişaf etdirmə proyektidir. Layihə çərçivəsində boğaz tunellə keçildi və iki tərəf bir-birinə bağlandı. Qazlıçeşme, Yenikapı, Sirkeci və Üsküdarda yeni stansiyalar quruldu və Haydarpaşa-Gebze Şəhər Dəmiryolu Xəttindəki mövcud dayanacaqlar yeniləndi. Marmaray layihəsi ümumi 63 kilometr olacaq dəmir yolu xəttinin 13,6 kilometlik hissəsini təşkil edir.

Layihənin boğazdan keçən hissəsinin uzunluğu 1,4 kilometrdir və zəlzələyə davamlı 11 sualtı tuneldən ibarətdir. Tunelin ucları Qazlıçeşme və İbrahimağa rayonlarında bitir. Mövcud 37 stansiyadan əlavə Yenikapı, Sirkeci və Üsküdarda yeni yeraltı stansiyalar istifadəyə verildi. Layihədən əvvəl dəmiryol xətlərinin sayı ikidən üçə artırıldı və T1 xətti daxili sərnişin daşımalarında istifadə edildi, yeni açılan T3 xətti isə şəhərlərarası yük və sərnişin daşımalarında istifadə edildi.

Marmaray layihəsi başa çatdıqda saatda bir istiqamətə 75 min sərnişin daşınması hədəflənirdi. Gebze ilə Halkalı arasındakı məsafəni 104 dəqiqəyə endirəcək bu layihə ilə şəhər nəqliyyatında dəmiryol sistemlərinin payının artırılması, boğaz körpülərinin yüklərini azaltmaq və böyük mərkəzlər arasında qısa səyahət təklif etməkdir.

Marmaraydan əlavə Yenikapı, İbrahimağa və Üsküdarda da qurulan yan layihələrlə böyük nəqliyyat mərkəzləri quruldu. Marmaray, Yenikapı ilə İstanbul Metrosu, Hacıosman-Yenikapı və bu iki xətlə bağlı olan digər xətlər ilə İDO-nun Yenikapı Pieri arasındakı M1 xətti ilə birləşdirildi. Sirkecidəki Zeytinburnu və Kabataş arasındakı T1 xəttinə və Küçükçekmecedə inşasına hələ başlamamış Bakırköy-Beylikdüzü metro xəttinə qoşulacaq xətt, Üsküdarda Üsküdar-Ümraniye metrosuna və İbrahimağadakı Kadıköy-Kartal metrosuna birləşdirildi.

Marmaray layihəsinin ana xətləri 1987-ci ildə təyin olundu. Sonrakı illərdə tez-tez müzakirə olunsa da, araşdırmalar 1995-ci ildə başladı. Araşdırmalar 1998-ci ildə başa çatdı və layihə haqqında qərar verildi. Şəhər nəqliyyatı və nəqliyyat sıxlığı problemlərinin həlli olaraq Marmaray layihəsinin həyata keçirilməsinə qərar verildi. 1999-cu ildə Yaponiya Beynəlxalq Əməkdaşlıq Bankı ilə imzalanan müqaviləyə uyğun olaraq layihənin boğaz keçidi hissəsi üçün proqnozlaşdırılan maliyyə vəsaiti bu bankdan kredit olaraq alındı. 2002-ci ilin mart ayında tender sənədləri hazırlanmağa başladı.Tender yerli və beynəlxalq podratçılara açıq elan edildi. 2004-cü və 2006-cı illərdə Avropa İnvestisiya Bankı ilə stansiyaların inşasını, təkmilləşdirilməsini və yeni nəqliyyat vasitələrinin tədarükünü maliyyələşdirmək üçün danışıqlar başladı. Layihənin inşasına 2004-cü ilin may ayında başlanılıb. Layihə boğaz keçidi, abadlıq və yeni tikinti işləri üçün 2,5 milyard dollar büdcə ayırıldı.

Layihənin quruda aparılan qazıntı işləri tarixi yarımadada qazılan qazıntıların demək olar ki, hər nöqtədən qədim tapıntı çıxması səbəbindən tez-tez dayandı. İstanbul Arxeologiya Muzeyi tərəfindən qazıntı işlərinin izləmək üçün bir Osmanlı və bir Bizans tarixçisi təyin olundu. Bu tarixçilər mütəmadi olaraq məruzələr vasitəsilə müvafiq orqanlara məlumat verirdilər. Marmarayda tikinti işləri Mühafizə Şurası tərəfindən icazə verilən ölçüdə aparıldı. Layihə çərçivəsində söküləcək tarixi binaların qorunaraq başqa yerə köçürülməsi tapşırıldı.

Layihə 2013-cü ildə boğazın altından keçən Marmaray tunelinin açılışı ilə qismən, 2019-cu ildə Avropa tərəfində Halkalı ilə Anadolu tərəfindəki Gebze arasında yerləşən Marmara dənizi boyunca mövcud şəhərətrafı xətlərin modernləşdirilməsi nəticəsində layihə tam olaraq həyata keçirildi. Layihənin birinci mərhələsi olan boğaz keçidi 29 oktyabr 2013-cü ildə istifadəyə verildi. İkinci mərhələ işləri 12 mart 2019-cu ildə tamamlandı.