Z37次列车存在不同运行区间，其路线主要有北京西站与武昌站之间、南昌站与乌鲁木齐站之间两种情况。
北京西站与武昌站之间：Z37次列车在这一区间沿京广铁路运行。京广铁路是我国一条重要的南北铁路干线，它纵贯北京、河北、河南、湖北四省市。列车从北京西站出发后，依次经过河北的保定、石家庄等重要城市，这些城市在河北的经济、文化发展中占据重要地位，石家庄更是河北省的省会。接着进入河南，会途经安阳、新乡、郑州等地，郑州是河南省的省会，也是我国重要的交通枢纽之一，京广铁路与陇海铁路在此交汇。最后列车抵达湖北的武昌站，武昌是武汉的重要组成部分，有着深厚的历史文化底蕴。这一区间全程1225公里，沿途的站点设置方便了沿线居民的出行，也促进了区域间的经济交流和人员往来。
南昌站与乌鲁木齐站之间：此区间的Z37次列车运行路线较为复杂，沿兰新高速铁路、兰新铁路、陇海铁路、宁西铁路、京广铁路、武九铁路、昌九城际铁路、昌福铁路运行。列车从南昌站出发，先经昌九城际铁路、武九铁路、京广铁路进入河南，再通过宁西铁路、陇海铁路进入陕西、甘肃。在甘肃境内，列车会沿着兰新铁路和兰新高速铁路继续向西行驶，经过青海的部分地区后进入新疆。这一路线途经新疆、甘肃、青海、陕西、河南、湖北、江西六省一区，全程4401公里。它连接了我国东部和西部地区，对于加强区域间的联系、促进西部大开发战略的实施以及推动沿线地区的经济发展都具有重要意义。
