Kitakyushu es un importante centro ferroviario en el extremo norte de Kyushu, situado entre Fukuoka, el estrecho de Kanmon y el oeste de Honshu. La ciudad cuenta con varias estaciones de pasajeros, y la estación de Kokura actúa como la principal estación de trenes de larga distancia. JR West presta servicio al Sanyo Shinkansen en Kokura, mientras que JR Kyushu opera trenes interurbanos y regionales convencionales por todo el norte de Kyushu.
Los servicios desde Kitakyushu incluyen trenes Shinkansen de alta velocidad en el corredor Sanyo, trenes limitados expresos de JR Kyushu como el Sonic hacia la costa este de Kyushu, y servicios regionales en la línea principal Kagoshima, la línea principal Nippo y las líneas hacia Wakamatsu y Moji. La estación de Kokura es el principal punto para billetes de tren y salidas de larga distancia, mientras que Mojiko, Kurosaki, Orio y Tobata atienden flujos regionales importantes.
Las rutas ferroviarias desde Kitakyushu se dirigen al oeste hacia Hakata y Fukuoka, al este y al sur hacia Oita, Beppu y Miyazaki, al noreste a través de la zona de Kanmon hacia Shimonoseki, y a lo largo del Sanyo Shinkansen hacia Hiroshima, Shin-Osaka y Tokio. Reserva trenes desde y hacia Kitakyushu online en Rail Monsters.