Barcellona presenta una rete ferroviaria robusta che collega numerose destinazioni in Spagna e in Europa. Il percorso Barcellona-Madrid, di circa 621 chilometri, è tra i più percorsi, impiegando circa 2,5 ore con il treno ad alta velocità AVE. Un altro percorso significativo è Barcellona-Valencia, che copre circa 350 chilometri con un tempo di viaggio di circa 3 ore. Inoltre, i treni circolano frequentemente da Barcellona a Malaga, a circa 1.050 chilometri di distanza, impiegando circa 5,5 ore. Per i viaggi transfrontalieri, il percorso Barcellona-Parigi, che si estende per circa 1.030 chilometri, ha treni che impiegano circa 6,5 ore. Varie altre connessioni servono regioni come Zaragoza e Girona.