Barcellona è il principale snodo ferroviario della Spagna sul corridoio mediterraneo nord-orientale e una città chiave dell'alta velocità tra Madrid, la Catalogna e la Francia. La città ha diverse stazioni passeggeri, con Barcellona Sants che funge da principale stazione ferroviaria per i treni a lunga percorrenza in partenza da Barcellona. Renfe, Iryo, Ouigo Espana e SNCF Voyageurs operano servizi passeggeri collegati alla città.
I servizi ferroviari di Barcellona includono i treni ad alta velocità AVE, Avlo, Iryo e Ouigo Espana, i servizi Renfe Alvia e Avant, le linee regionali Media Distancia, i treni suburbani-regionali Rodalies de Catalunya e i servizi ad alta velocità transfrontalieri verso la Francia. Barcellona Sants gestisce la maggior parte delle partenze a lunga percorrenza, mentre Passeig de Gracia ed Estacio de Franca servono alcuni servizi regionali e intercity all'interno della Catalogna e lungo la costa.
Le rotte ferroviarie da Barcellona si dirigono verso ovest in direzione di Saragozza e Madrid, verso sud lungo la costa mediterranea in direzione di Valencia e Alicante, verso nord-est attraverso Girona e Figueres in direzione della Francia e verso sud-ovest in direzione di Tarragona e del corridoio dell'Ebro. Tra le principali città di destinazione figurano Madrid, Saragozza, Valencia, Girona, Figueres e Parigi. Prenota online i treni da e per Barcellona su Rail Monsters.