Kitakyushu to główny węzeł kolejowy na północnym krańcu Kiusiu, położony między Fukuoką, Cieśniną Kanmon a zachodnim Honsiu. W mieście znajduje się kilka stacji pasażerskich, a stacja Kokura pełni rolę głównej stacji dalekobieżnej. JR West obsługuje Sanyo Shinkansen na stacji Kokura, natomiast JR Kyushu prowadzi konwencjonalne pociągi międzyregionalne i regionalne w całej północnej części Kiusiu.
Z Kitakyushu kursują szybkie pociągi Shinkansen na korytarzu Sanyo, pociągi ekspresowe JR Kyushu, takie jak Sonic, w kierunku wschodniego wybrzeża Kiusiu, oraz połączenia regionalne na linii głównej Kagoshima, linii głównej Nippo i liniach w kierunku Wakamatsu i Moji. Stacja Kokura jest głównym punktem sprzedaży biletów kolejowych i odjazdów dalekobieżnych, a Mojiko, Kurosaki, Orio i Tobata obsługują ważne potoki regionalne.
Trasy kolejowe z Kitakyushu prowadzą na zachód do Hakaty i Fukuoki, na wschód i południe do Oity, Beppu i Miyazaki, na północny wschód przez obszar Kanmon do Shimonoseki oraz wzdłuż Sanyo Shinkansen do Hiroszimy, Shin-Osaki i Tokio. Zarezerwuj pociągi z i do Kitakyushu online w Rail Monsters.