Lillehammer es una parada ferroviaria clave para pasajeros en el interior de Noruega, en la línea Dovre, el principal corredor ferroviario entre Oslo y Trondheim. La ciudad cuenta con una estación principal, Lillehammer Station, y está servida por servicios de larga distancia y regionales operados por SJ Norge y Vy. Su ubicación en el extremo sur de Gudbrandsdalen la convierte en un punto ferroviario importante para viajar entre el este de Noruega y los valles de montaña del norte.
Los trenes desde Lillehammer incluyen servicios intercity hacia Oslo, servicios regionales por el condado de Innlandet y trenes de larga distancia en el corredor Oslo-Trondheim. Lillehammer Station es la estación principal para estos servicios, y los trenes a Lillehammer también paran allí antes de continuar hacia Gudbrandsdalen, Dombas y la región de Trondelag. Noruega no cuenta con trenes de alta velocidad que sirvan a Lillehammer; los servicios utilizan material rodante convencional intercity y de larga distancia.
Las rutas ferroviarias desde Lillehammer van hacia el sur a Hamar, el aeropuerto de Oslo y Oslo S, hacia el norte a través de Otta y Dombas hacia Trondheim, y por corredores regionales de conexión por todo Innlandet. Las parejas de ciudades más populares incluyen Oslo, Hamar, el aeropuerto de Oslo, Dombas, Otta y Trondheim. Reserve trenes desde y hacia Lillehammer en línea en Rail Monsters.