山陽小野田は、山口県西部の山陽鉄道回廊、新山口と下関の間に位置しています。この市には主要な旅客鉄道の拠点が2つあり、新幹線と地域鉄道の厚狭駅、そして市街地各所へのローカル輸送を担う小野田駅があります。山陽小野田を走る旅客列車はJR西日本が運行しており、厚狭では山陽新幹線も利用できます。
山陽小野田発の列車には、山陽新幹線のこだま、山陽本線の地域列車、厚狭での美祢線列車、小野田・宇部周辺を走る小野田線のローカル列車があります。厚狭駅は長距離の列車チケットに最も重要な駅であり、小野田駅は山口県西部内の近距離の鉄道移動に便利です。
山陽小野田からは、東方面へ新山口、徳山、広島、岡山へ、西方面へ下関、小倉、福岡へと、JR西日本およびJR九州の広域ネットワークを通じて列車が運行しています。ローカル線は山陽小野田と宇部・美祢も結んでいます。山陽小野田発着の列車はRail Monstersでオンライン予約できます。