天童は、山形県中央部のJR東日本奥羽本線沿いにあり、山形市の北、新庄の南に位置しています。市内には主要な都市間鉄道駅が1つあり、天童駅では普通列車のほか、一部の山形新幹線つばさ号も停車します。そのため、天童は内陸部を南北に貫く山形の鉄道路線上で、規模は小さいながらも便利な停車駅となっています。
天童発の列車には、一部便で運行される山形新幹線つばさ号、奥羽本線の普通・快速JR東日本列車、そして山形駅を経由する地域連絡があります。天童駅は市内で列車チケットを利用する際の主要駅であり、近隣の山形駅では県内各地への乗り換え विकल्पがより豊富です。
天童からの鉄道路線は、南方面へ山形、かみのやま温泉、福島、東京へ、北方面へ村山、大石田、新庄、最上方面へと延びています。旅行者は山形で仙山線に乗り換えて仙台方面へ向かうこともできます。天童発着の列車はRail Monstersでオンライン予約できます。