La expansión urbana se ha convertido en una tendencia generalizada en los países en desarrollo. Las redes viales son un factor extremadamente importante que impulsa la expansión del suelo urbano y requieren un estudio más profundo. Para investigar la relación entre las redes viales y la expansión urbana, seleccionamos Beijing, Nueva York, Londres y Chicago como áreas de estudio. Primero, obtuvimos datos vectoriales de uso del suelo urbano a través de la interpretación de imágenes utilizando una plataforma de teledetección (RS) y sistemas de información geográfica (GIS) y luego utilizamos análisis de superposición para extraer información sobre la expansión urbana. Se generó un mapa de densidad de la red vial utilizando la herramienta de análisis de densidad. Finalmente, realizamos un análisis estadístico espacial entre las redes viales y la expansión urbana y luego analizamos sistemáticamente sus características de distribución. Además, se estableció el Modelo de Densidad de Red Vial de Expansión Urbana basado en análisis de regresión. Los resultados indican que (1) los umbrales de densidad de la red vial de Beijing, Nueva York, Londres y Chicago son 18.9 km/km2, 37.8 km/km2, 57.0 km/km2 y 64.7 km/km2, respectivamente, y la expansión urbana tiene una relación en forma de U invertida con las redes viales cuando la densidad de la red vial no supera el umbral; (2) los puntos de inflexión calculados para la expansión urbana indican que la expansión urbana inicialmente se acelera con el aumento de la densidad de la red vial, pero luego disminuye después de alcanzar el punto de inflexión; y (3) cuando la densidad vial supera el umbral, las áreas urbanas dejan de expandirse. La correlación entre la expansión urbana y las características de la red vial proporciona una referencia importante para el desarrollo futuro de las ciudades globales. Comprender la densidad de la red vial ofrece algunas capacidades predictivas para la expansión del suelo urbano, facilita la evitación de una expansión irregular y proporciona nuevas ideas para abordar la utilización ineficiente del suelo.