木古内は北海道南部の重要な鉄道停車地で、青函トンネル区間と函館エリアの間に位置しています。市内の主な旅客鉄道拠点は木古内駅で、JR北海道の北海道新幹線と道南いさりび鉄道のいさりび線が乗り入れています。そのため、木古内は北海道で新幹線と沿岸のローカル鉄道サービスが出会う数少ない場所の一つです。
木古内発の列車には、北海道と本州北部を結ぶ路線を走るはやぶさ・はやての新幹線、さらに五稜郭や函館方面へ向かういさりび線の普通列車があります。木古内駅は、長距離の指定席サービスと南渡島エリアをまたぐ地域移動の両方に利用される駅です。
木古内からの鉄道路線は、北へ新函館北斗や北海道広域ネットワークへ、南へは青函トンネルを通って新青森、盛岡、仙台、東京方面へ、そして東へはいさりび線で函館方面へ伸びています。木古内発着の列車は Rail Monsters でオンライン予約できます。