宝天铁路线路选择主要基于地理条件、地质状况以及提升运输能力的需求，整体东起陕西宝鸡，西至甘肃天水，沿渭河北岸西延并穿越秦岭余脉。
地理走向方面：宝天铁路线路沿渭河北岸西延，这种走向选择充分利用了渭河北岸相对平坦的地形条件，有利于铁路的铺设和建设，降低了施工难度和成本。同时，沿河岸延伸也能在一定程度上减少对周边山体的开挖，减少对自然环境的破坏。
地质因素考量：该线路地处秦岭地质复杂区，穿越渭河断裂带，沿线存在多种不良地质，如滑坡、泥石流、湿陷性黄土、崩塌等，且渭河水流湍急，地质结构十分复杂。在这样的地质条件下，线路选择需要避开地质灾害高发区域，确保铁路的安全运营。例如，在社棠至元龙站间的改线工程中，废弃了既有线路，新建线路全长9.486公里，就是为了避开不良地质地段，提高线路的安全性。
运输能力提升需求：为提升线路安全与运输能力，铁路部门对部分线路进行了改线。新建线路采用国家I级铁路标准，设计时速提升至120公里/小时（一说140公里/小时），这有助于提高列车的运行速度和运输效率，满足日益增长的运输需求。改线工程的选择也是基于对现有线路状况和未来运输发展的综合考量，通过优化线路布局，提高铁路的整体运输能力。
