Sanyo-Onoda se situe dans l'ouest de la préfecture de Yamaguchi, sur le corridor ferroviaire du Sanyo entre Shin-Yamaguchi et Shimonoseki. La ville compte deux principaux pôles ferroviaires voyageurs : la gare d'Asa pour le Shinkansen et les lignes régionales, et la gare d'Onoda pour les services locaux dans toute la zone urbaine. JR West exploite les trains de voyageurs desservant Sanyo-Onoda, y compris le Sanyo Shinkansen à Asa.
Les services ferroviaires au départ de Sanyo-Onoda comprennent les trains Kodama Shinkansen sur le Sanyo Shinkansen, les trains régionaux sur la Sanyo Main Line, les services de la Mine Line à Asa, ainsi que les trains locaux de l'Onoda Line autour d'Onoda et d'Ube. La gare d'Asa est la principale gare pour les billets de train longue distance, tandis que la gare d'Onoda est pratique pour les déplacements ferroviaires locaux dans l'ouest de Yamaguchi.
Les itinéraires ferroviaires depuis Sanyo-Onoda partent vers l'est en direction de Shin-Yamaguchi, Tokuyama, Hiroshima et Okayama, et vers l'ouest en direction de Shimonoseki, Kokura et Fukuoka via le vaste réseau JR West et JR Kyushu. Les lignes locales relient également Sanyo-Onoda à Ube et Mine. Réservez des trains au départ et à destination de Sanyo-Onoda en ligne sur Rail Monsters.