Nagano è un nodo ferroviario del Giappone centrale sulla linea Hokuriku Shinkansen, situato tra l'area di Tokyo e la regione di Hokuriku. La città ha una stazione ferroviaria principale per le lunghe distanze, Nagano Station, con ulteriori fermate locali utilizzate da servizi ferroviari regionali e privati. JR East, JR Central, Shinano Railway e Nagano Electric Railway servono tutti la città.
I servizi ferroviari da Nagano includono i treni ad alta velocità Hokuriku Shinkansen, i treni intercity Limited Express Shinano, i servizi regionali JR East sulla linea Shinonoi, i treni locali Shinano Railway e i servizi della Nagano Electric Railway verso la parte settentrionale della prefettura di Nagano. Nagano Station è la stazione ferroviaria principale per i treni a lunga percorrenza da Nagano e per la maggior parte dei biglietti del treno prenotati online.
Le linee ferroviarie da Nagano si dirigono a sud-est verso Tokyo e Ueno, a nord-ovest verso Toyama e Kanazawa, a sud verso Matsumoto e Nagoya, e a nord verso Myoko-Kogen e le destinazioni locali nel bacino di Nagano. I collegamenti regionali connettono inoltre Nagano con Ueda, Karuizawa e Yudanaka. Prenota online i treni da e per Nagano su Rail Monsters.