Sanyo-Onoda se encuentra en el oeste de la prefectura de Yamaguchi, en el corredor ferroviario de Sanyo entre Shin-Yamaguchi y Shimonoseki. La ciudad cuenta con dos principales nodos ferroviarios de pasajeros: la estación de Asa para el Shinkansen y el tren regional, y la estación de Onoda para los servicios locales en toda el área urbana. JR West opera los trenes de pasajeros que dan servicio a Sanyo-Onoda, incluido el Sanyo Shinkansen en Asa.
Los servicios ferroviarios desde Sanyo-Onoda incluyen trenes Kodama Shinkansen en el Sanyo Shinkansen, trenes regionales en la Sanyo Main Line, servicios de la Mine Line en Asa y trenes locales de la Onoda Line alrededor de Onoda y Ube. La estación de Asa es la principal estación de tren para billetes de larga distancia, mientras que la estación de Onoda es útil para los viajes en tren locales dentro del oeste de Yamaguchi.
Las rutas ferroviarias desde Sanyo-Onoda se dirigen al este hacia Shin-Yamaguchi, Tokuyama, Hiroshima y Okayama, y al oeste hacia Shimonoseki, Kokura y Fukuoka a través de la red más amplia de JR West y JR Kyushu. Las líneas locales también conectan Sanyo-Onoda con Ube y Mine. Reserva trenes desde y hacia Sanyo-Onoda en línea en Rail Monsters.