Sanyo-Onoda leży w zachodniej części prefektury Yamaguchi, na korytarzu kolejowym Sanyo między Shin-Yamaguchi a Shimonoseki. Miasto ma dwa główne węzły pasażerskie: stację Asa dla Shinkansen i kolei regionalnej oraz stację Onoda dla połączeń lokalnych w obrębie obszaru miejskiego. JR West obsługuje pociągi pasażerskie w Sanyo-Onoda, w tym Sanyo Shinkansen na stacji Asa.
Połączenia kolejowe z Sanyo-Onoda obejmują pociągi Kodama Shinkansen na Sanyo Shinkansen, pociągi regionalne na linii Sanyo Main Line, połączenia linii Mine Line na stacji Asa oraz lokalne pociągi linii Onoda Line kursujące wokół Onody i Ube. Stacja Asa jest główną stacją kolejową do dalekobieżnych biletów kolejowych, natomiast stacja Onoda jest przydatna w podróżach lokalnych po zachodnim Yamaguchi.
Trasy kolejowe z Sanyo-Onoda biegną na wschód w kierunku Shin-Yamaguchi, Tokuyama, Hiroszimy i Okayamy, a na zachód w kierunku Shimonoseki, Kokury i Fukuoki, korzystając z szerokiej sieci JR West i JR Kyushu. Lokalne linie łączą również Sanyo-Onoda z Ube i Mine. Zarezerwuj pociągi do i z Sanyo-Onoda online w Rail Monsters.