Taoyuan se encuentra en el corredor ferroviario occidental de Taiwán, entre Taipéi, Hsinchu, Taichung, Tainan y Kaohsiung. La ciudad cuenta con dos principales puntos ferroviarios interurbanos: la estación HSR de Taoyuan, en la línea Taiwan High Speed Rail, y la estación TRA de Taoyuan, en la red convencional de Taiwan Railways. Esta división ofrece a Taoyuan acceso de alta velocidad por todo el oeste de Taiwán y cobertura ferroviaria local para las ciudades cercanas.
Los servicios desde Taoyuan incluyen trenes de Taiwan High Speed Rail en la estación HSR de Taoyuan, trenes interurbanos y locales de la TRA en la estación TRA de Taoyuan, y una conexión ferroviaria con el aeropuerto entre el Aeropuerto Internacional de Taoyuan, la estación HSR de Taoyuan y Taipéi. Los pasajeros deben comprobar la estación exacta al comprar billetes de tren de Taoyuan, porque la estación HSR y la estación TRA están en distintas zonas de la ciudad.
Las rutas ferroviarias desde Taoyuan van hacia el norte, en dirección a Taipéi y Nangang, hacia el sur a lo largo del corredor de alta velocidad hacia Hsinchu, Taichung, Tainan y Zuoying, y localmente a través de las estaciones TRA hacia Zhongli, Banqiao y Hsinchu. Reserva trenes desde y hacia Taoyuan en línea en Rail Monsters.