Santarem se encuentra en la Linha do Norte de Portugal, el principal corredor ferroviario entre Lisboa, Coimbra y Oporto. La ciudad cuenta con una estación principal de pasajeros, Santarem, servida por Comboios de Portugal, comúnmente conocido como CP. Su función es regional e interurbana más que de alta velocidad, lo que ofrece a los viajeros acceso tanto a trenes de larga distancia como a servicios más cortos de Ribatejo.
Los trenes desde Santarem incluyen servicios CP Intercidades en el eje Lisboa - Oporto, trenes InterRegional que enlazan ciudades medianas del corredor central y trenes Regional para viajes locales por Ribatejo y el valle del Tajo. La estación de tren de Santarem es el punto de reserva para la mayoría de los viajes ferroviarios en la ciudad, con servicios que utilizan la red nacional de ancho ibérico.
Las rutas ferroviarias desde Santarem discurren hacia el sur hasta Lisbon Oriente y Lisbon Santa Apolonia, hacia el norte hasta Entroncamento, Coimbra, Aveiro y Oporto, y hacia el este mediante transbordos hacia Tomar o el corredor de Beira Baixa. Santarem no cuenta con una estación ferroviaria dedicada al aeropuerto, por lo que los traslados al aeropuerto se realizan normalmente vía Lisbon Oriente y transporte local posterior. Reserva trenes desde y hacia Santarem en línea con Rail Monsters.