札幌市が1965年に発表した『札幌市都市交通機関計画資料』では、昭和60年（1985年）までに地下鉄を南北線・東西線の計45km、また、都心および沿線各地区にバスターミナルを建設するとしており、このうち第一次計画として昭和50年（1975年）までに地下鉄20kmと都心バスターミナルを建設することになっていた。

最初期の計画では、地下区間は都心部の約6km（南北線：北11条付近 - 南8条付近、東西線：西18丁目付近 - 東5丁目付近）のみで、残りはすべて高架とする予定だった。また、東西線については千歳線の経路変更に伴う廃線区間（現：北海道道1148号札幌恵庭自転車道線）に高架を建設する案もあった。

1973年、自治省が札幌市の要請に基いて編成した調査団によって、札幌市の将来あるべき交通体系に関する調査が行われた。翌1974年3月に提出されたその報告書『最適交通体系の選択と投資順位の研究』では、地下鉄について

• (1) 昭和49年（1974年）既設及工事中の路線
• (2) 昭和55年（1980年）以前建設提案路線
• (3) 昭和55年 - 60年（1985年）建設提案路線
• (4) 昭和60年 - 65年（1990年）建設提案路線
• (5) 昭和65年以降建設提案路線

の5段階で、4路線計81.3kmの建設が提案されている。内約は次の通り。

南北線

北24条 - 真駒内：12.1km (1)

北24条 - 麻生町：2km (2)

麻生町 - 新札幌団地：9.0km (5)

「新札幌団地」は現在の石狩市花川南付近

麻生町 - 茨戸：6.2km (5)

真駒内 - 藤の沢：7.0km (5)

東西線

琴似 - 白石：10.0km (1)

白石 - 厚別副都心：8.1km (3)

琴似 - 木工団地：2.8km (4)

木工団地 - 手稲：4.2km (5)

三号線

新川通 - 南34条西11丁目：9.0km (5)

四号線（現：東豊線）

元町 - 月寒：11.0km (5)

札幌市では、これを基に3路線、約50kmを建設する構想、いわゆる「地下鉄50キロ計画」を定めた。現在までに、そのうちの48kmが建設され、他にも以下のような区間について延伸が検討、もしくは要望されているが、交通局や札幌市自体の財政面から、これ以上の延伸は難しい情勢にある。

• 東豊線：清田方面へ
  • 地下鉄50キロ計画にも含まれているが、福住駅付近の線形の問題で、そこから先のルートが決まっていない。
• 南北線：石山・藤野方面、新琴似・屯田方面へ
  • 南側は真駒内までの建設時に将来の延伸に備えて旧・定山渓鉄道の跡地を買収していたが、一部は道路などに転用された。
• 東西線：JR森林公園駅・発寒駅へ
  • 宮の沢延伸工事中には、後述するJRとの相互乗り入れに関連して、発寒駅への延伸も検討されたが、「乗り入れ自体は不可能ではないが、きわめて困難」とされたことから見送られている。

なお、これらの区間には、地下鉄ではなくライトレールで、という意見もある。また、札幌から石狩市へ、鉄道ないしはモノレールを建設する計画があるが、その起点を麻生駅か栄町駅とする案がある。