Первые проекты метро в обеих российских столицах появились задолго до 1917 года.
Санкт-Петербург
Первые предложения о строительстве транспортных тоннелей в Северной столице датируются двацатыми годами XIX века. Мещанин Торгованов представил императору Александру I замысел строительства подводного тоннеля с Васильевского острова до Адмиралтейства. С подобным проектом несколько позже выступил инженер Базен. Затем инженер Ганеман разработал проект тоннеля под Невой, который должен был соединить Марсово поле и Петроградскую сторону. Тоннель должен был состоять из нескольких ярусов для транспорта, также Ганеман намеревался построить самодвижущийся тротуар для пешеходов.
В 1889 году руководство Балтийской железной дороги вышло с предложением соединить железной дорогой, проходящей по эстакадам, Варшавский, Балтийский, Царскосельский (ныне Витебский), Московский и Финляндский вокзалы.
Еще один нереализованный замысел принадлежал инженеру фон Гартману. В 1893 году он предложил засыпать Екатерининский канал (сейчас - канал Грибоедова) и провести по его дну железнодорожную линию, которая соединила бы все питерские вокзалы.
В 1901 году был разработан самый резонансный проект метрополитена в Санкт-Петербурге. Его предложил П. И. Балинский. Вместе с американцем Вернером он создал проект железной дороги, линии которой должны были располагаться на эстакадах и соединять центр города с Васильевским островом, Охтой, Петроградской и Выборгской сторонами. Длина сети должна была составить 102 километра. Предполагалось, что поезда будут следовать каждые 2-3 минуты со скоростью 75 километров в час. Общая стоимость строительства составила бы 190 миллионов рублей. Но эту сумму городские власти сочли неподъемной, и проект был отклонен.
В 1902 году инженер Гиршзон предложил два варианта транспортной сети для Санкт-Петербурга. Первый предусматривал строительство подземной трамвайной линии под Невским проспектом, второй — устройство надземной линии, которая шла бы от Балтийского и Варшавского вокзалов до Финляндского по Измайловскому проспекту. У Юсуповского сада трамваи должны были уходить в подземный тоннель. Проект Гиршзона предполагал обустройство станций с освещением, скамейками и уборными для пассажиров.
Москва
В 1875 году инженер Василий Титов предложил проложить подземку от Курского вокзала до Марьиной рощи, через Лубянку и Трубную площадь. Были даже проведены исследования почв на предмет возможности прокладывания тоннеля, но городская Дума идею не одобрила. Не последнюю роль в этом вопросе сыграло и неодобрение Церкви: спуск под землю казался священносулжителям аналогом «сошествия в ад».
В 1902 году инженер П. А. Балинский, незадолго до того получивший отказ в Санкт-Петербурге, совместно с Е. К. Кнорре предложили проект подземной железной дороги, которая должна была соединить Замоскворечье с Тверской заставой. Эта идея была вынесена на обсуждение в городскую Думу и вызвала большой общественный интерес. Балинский и Кнорре предлагали построить несколько радиальных линий - в сторону Сокольников, Новодевичьего монастыря и Таганки - а также две кольцевых - под Бульварным кольцом и Садовым. Эти две линии тоже должны были быть связаны друг с другом. На Васильевском спуске (Красная площадь) авторы проекта предполагали возведение грандиозного Центрального вокзала с расходящимися от него радиальными линиями вдоль Яузы и через Москву-реку по ажурному мосту до Павелецкого вокзала. В центре города линии должны были проходить под землей, на окраинах предполагался их вывод на поверхность. Если бы этот проект был реализован, протяженность подземных путей метрополитена составила бы 54 километра. Это строительство влетело бы московским властям в копеечку - авторы оценили стоимость работ, рассчитанных на 5 лет, в 155 миллионов рублей. Из-за этой неподъемной суммы, а также из-за того, что реализация проекта требовала сноса нескольких исторических зданий в центре столицы, городская Дума приняла решение «господам Балинскому и Кнорре в их домогательствах отказать».
Несмотря на то что в Москве в начала XX века уже функционировал трамвай, столица страдала от постоянных транспортных пробок. В 1913 году московские власти вновь приняли на рассмотрение проект, удивительно напоминающий замысел Балинского и Кнорре, однако дальше обсуждения дело так и не пошло, поскольку началась Первая мировая война.