Bilbao es el principal nudo ferroviario de Bizkaia y una de las ciudades ferroviarias clave de la red del norte de España. La ciudad cuenta con varias terminales de pasajeros que dan servicio a distintos sistemas: Bilbao-Abando Indalecio Prieto para trenes de larga distancia de Renfe y trenes regionales de ancho ibérico, Bilbao-Concordia para servicios de ancho métrico y estaciones de Euskotren para rutas regionales vascas.
Los trenes desde Bilbao incluyen servicios Renfe Alvia e Intercity en rutas de larga distancia, servicios de Media Distancia y Cercanías dentro del norte de España, trenes Cercanías AM de ancho métrico a lo largo del corredor cantábrico y trenes regionales de Euskotren por todo el País Vasco. Bilbao-Abando es la principal estación de tren para billetes de tren intercity, mientras que Bilbao-Concordia gestiona el ferrocarril regional de ancho más estrecho.
Las rutas ferroviarias desde Bilbao se dirigen al sur hacia Madrid, Miranda de Ebro y el interior de España; al este, por todo el País Vasco hacia San Sebastián; al oeste, por la costa cantábrica hacia Santander; y al norte, a través de los corredores ferroviarios locales de Bizkaia. Barcelona, Zaragoza, Vitoria-Gasteiz y León también aparecen en la planificación ferroviaria de Bilbao mediante trenes directos o conexiones posteriores. Reserve trenes desde y hacia Bilbao en línea en Rail Monsters.