Le Mans si trova nella parte occidentale della rete ferroviaria ad alta velocità della Francia, dove il corridoio Atlantique da Parigi si dirama verso la Bretagna e i Pays de la Loire. La città ha una principale stazione passeggeri, Le Mans, servita da SNCF Voyageurs tramite i servizi TGV INOUI, OUIGO e TER. Questa posizione rende Le Mans un nodo ferroviario tra Parigi, Rennes, Nantes e le linee regionali in tutta la Sarthe.
I servizi da Le Mans includono treni ad alta velocità sui corridoi Parigi - Bretagna e Parigi - Francia occidentale, treni regionali TER Pays de la Loire e collegamenti TER Centre-Val de Loire verso la Valle della Loira. La stazione di Le Mans gestisce sia servizi a lunga percorrenza con posto riservato sia treni regionali per viaggi più brevi in tutta la Francia occidentale. Non esiste un collegamento ferroviario diretto con l'aeroporto da Le Mans; i passeggeri diretti agli aeroporti di solito si collegano tramite hub ferroviari più grandi.
Le linee ferroviarie da Le Mans si dirigono a est verso Parigi, a ovest verso Rennes e la Bretagna, a sud-ovest verso Nantes e Angers, e a sud verso Tours e la Valle della Loira. Le principali città di destinazione includono Parigi, Rennes, Nantes, Angers, Laval e Tours. Prenota online i treni da e per Le Mans su Rail Monsters.