Le Mans se sitúa en la parte occidental de la red ferroviaria de alta velocidad de Francia, donde el corredor Atlantique desde París se divide hacia Bretaña y Países del Loira. La ciudad cuenta con una estación principal de viajeros, Le Mans, servida por SNCF Voyageurs a través de los servicios TGV INOUI, OUIGO y TER. Esta ubicación convierte a Le Mans en un nudo ferroviario entre París, Rennes, Nantes y rutas regionales por Sarthe.
Los servicios desde Le Mans incluyen trenes de alta velocidad en los corredores París - Bretaña y París - oeste de Francia, trenes regionales TER Pays de la Loire y conexiones TER Centre-Val de Loire hacia el Valle del Loira. La estación de tren de Le Mans gestiona tanto servicios de larga distancia con reserva de asiento como trenes regionales para trayectos cortos por el oeste de Francia. Le Mans no dispone de conexión ferroviaria dedicada con el aeropuerto; los pasajeros con destino al aeropuerto suelen enlazar a través de grandes nudos ferroviarios.
Las rutas ferroviarias desde Le Mans van hacia el este en dirección a París, hacia el oeste a Rennes y Bretaña, hacia el suroeste a Nantes y Angers, y hacia el sur a Tours y el Valle del Loira. Entre las principales ciudades de destino figuran París, Rennes, Nantes, Angers, Laval y Tours. Reserva trenes desde y hacia Le Mans en línea en Rail Monsters.