Barcellona è servita da varie stazioni ferroviarie, ognuna delle quali si rivolge a diverse destinazioni regionali e nazionali. La stazione principale è Barcelona Sants, situata nel quartiere Sants-Montjuïc. Questa è la stazione più grande della città e il principale hub per i treni ad alta velocità, inclusi i servizi AVE che collegano a Madrid e ad altre grandi città. Inoltre, gestisce i treni regionali ed è ben collegata con il resto della rete di trasporti della città.
Un'altra stazione significativa è Passeig de Gràcia, situata nel quartiere Eixample. Questa stazione è nota per i suoi collegamenti con i treni regionali e funge da interscambio per diversi servizi ferroviari, compresi quelli diretti verso la Costa Brava e altre aree della Catalogna.
Barcelona França è una stazione storica situata nel quartiere Ciutat Vella. SServe principalmente treni regionali e a lunga distanza, concentrandosi su percorsi verso il confine francese.
Estació de Sants e Passeig de Gràcia sono relativamente vicine tra loro, circa 2 chilometri di distanza, mentre Barcelona França è leggermente più lontana, circa 1,5 chilometri da Sants. Altre stazioni ferroviarie minori includono Clot-Aragó, che opera servizi regionali, e Montcada i Reixac-Manresa, che serve aree più lontane dalla città con treni locali.