Järnvägen blir en länk mellan hamnstaden Mombasa i öster och gränsstaden Malaba. Tanken är att förbindelserna mellan hamnstaden och marknaderna i regionen ska bli snabbare.
Avtalen undertecknades i Peking efter ett möte mellan presidenterna Uhuru Kenyatta och Xi Jinping.
Kina har sedan tidigare en stark position i Kenya när det gäller kapitalintensiva projekt som vägbyggen.