Lillehammer est un important arrêt ferroviaire voyageurs de l'intérieur de la Norvège, sur la ligne de Dovre, le principal corridor ferroviaire entre Oslo et Trondheim. La ville compte une gare principale, la gare de Lillehammer, et est desservie par des services longue distance et régionaux exploités par SJ Norge et Vy. Sa situation à l'extrémité sud du Gudbrandsdalen en fait un point ferroviaire important pour les déplacements entre l'est de la Norvège et les vallées de montagne au nord.
Les trains au départ de Lillehammer comprennent des services interurbains vers Oslo, des services régionaux à travers le comté d'Innlandet et des trains longue distance sur le corridor Oslo-Trondheim. La gare de Lillehammer est la gare centrale pour ces services, les trains à destination de Lillehammer y marquant également l'arrêt avant de continuer vers Gudbrandsdalen, Dombas et la région de Trondelag. La Norvège ne dispose pas de ligne à grande vitesse desservant Lillehammer ; les services utilisent du matériel conventionnel interurbain et longue distance.
Les itinéraires ferroviaires au départ de Lillehammer se dirigent vers le sud en direction de Hamar, de l'aéroport d'Oslo et d'Oslo S, vers le nord via Otta et Dombas en direction de Trondheim, et le long de corridors régionaux de liaison à travers l'Innlandet. Parmi les liaisons les plus populaires figurent Oslo, Hamar, l'aéroport d'Oslo, Dombas, Otta et Trondheim. Réservez en ligne vos trains au départ de Lillehammer et à destination de Lillehammer sur Rail Monsters.