Barcelona está servida por varias estaciones de tren, cada una atendiendo a diferentes destinos regionales y nacionales. La estación principal es Barcelona Sants, ubicada en el distrito de Sants-Montjuïc. Esta es la estación más grande de la ciudad y el principal centro de trenes de alta velocidad, incluidos los servicios AVE que conectan con Madrid y otras ciudades importantes. Además, maneja trenes regionales y está bien conectada con el resto de la red de transporte de la ciudad.
Otra estación significativa es Passeig de Gràcia, situada en el distrito del Eixample. Esta estación es conocida por sus conexiones con trenes regionales y sirve como un intercambio para diferentes servicios ferroviarios, incluidos aquellos que se dirigen hacia la Costa Brava y otras áreas de Cataluña.
Barcelona França es una estación histórica ubicada en el distrito de Ciutat Vella. Principalmente sirve trenes regionales y de larga distancia, centrándose en rutas hacia la frontera francesa.
Estació de Sants y Passeig de Gràcia están relativamente cerca unas de otras, a unos 2 kilómetros de distancia, mientras que Barcelona França está un poco más lejos, aproximadamente a 1.5 kilómetros de Sants. Otras estaciones de tren más pequeñas incluyen Clot-Aragó, que opera servicios regionales, y Montcada i Reixac-Manresa, que sirve áreas más alejadas de la ciudad con trenes locales.