Tokio es el principal nudo ferroviario de pasajeros de Japón y el punto donde varios corredores ferroviarios nacionales se unen a la red del área metropolitana. La ciudad cuenta con varias estaciones interurbanas importantes, entre ellas Tokyo Station, Shinagawa, Ueno, Shinjuku e Ikebukuro. JR East y JR Central son los principales operadores de los trenes de larga distancia a Tokio y de los trenes desde Tokio, con servicios ferroviarios aeroportuarios adicionales operados por JR East y Keisei Electric Railway.
Tokyo Station es la principal estación de tren para los servicios Shinkansen, con JR Central operando el Tokaido Shinkansen en dirección oeste y JR East operando el Tohoku, Joetsu, Hokuriku, Yamagata y Akita Shinkansen hacia el norte y noroeste. Shinagawa también gestiona salidas del Tokaido Shinkansen, mientras que Ueno presta servicio a determinados trenes Shinkansen de JR East y a servicios regionales. Narita Express y Keisei Skyliner ofrecen conexiones ferroviarias entre el centro de Tokio y el aeropuerto de Narita.
Las rutas ferroviarias desde Tokio se dirigen al oeste hacia Nagoya, Kyoto, Osaka y Hiroshima, al norte hacia Sendai, Morioka, Akita y Aomori, al noroeste hacia Nagano y Kanazawa, y en direcciones regionales por Kanto, incluyendo Yokohama, Kamakura, Nikko y Narita. Reserve trenes desde y hacia Tokio en línea en Rail Monsters.