Barcelona es el principal nudo ferroviario de España en el corredor mediterráneo noreste y una ciudad clave de alta velocidad entre Madrid, Cataluña y Francia. La ciudad cuenta con varias estaciones de pasajeros, y Barcelona Sants actúa como la principal estación de tren para los servicios de larga distancia desde Barcelona. Renfe, Iryo, Ouigo Espana y SNCF Voyageurs operan servicios de pasajeros vinculados a la ciudad.
Los servicios de tren en Barcelona incluyen trenes de alta velocidad AVE, Avlo, Iryo y Ouigo Espana, servicios Renfe Alvia y Avant, rutas regionales Media Distancia, trenes suburbanos y regionales Rodalies de Catalunya, y servicios transfronterizos de alta velocidad a Francia. Barcelona Sants gestiona la mayoría de las salidas de larga distancia, mientras que Passeig de Gracia y Estacio de Franca prestan servicios regionales e interurbanos seleccionados dentro de Cataluña y a lo largo de la costa.
Las rutas ferroviarias desde Barcelona van hacia el oeste en dirección a Zaragoza y Madrid, hacia el sur a lo largo de la costa mediterránea en dirección a Valencia y Alicante, hacia el noreste a través de Girona y Figueres hacia Francia, y hacia el suroeste en dirección a Tarragona y el corredor del Ebro. Las principales ciudades destino incluyen Madrid, Zaragoza, Valencia, Girona, Figueres y París. Reserva trenes desde y hacia Barcelona en línea en Rail Monsters.