Tokio jest głównym pasażerskim węzłem kolejowym Japonii i miejscem, w którym kilka krajowych korytarzy kolejowych łączy się z siecią obszaru stolicy. W mieście znajduje się kilka ważnych stacji kolejowych dalekobieżnych, w tym Tokyo Station, Shinagawa, Ueno, Shinjuku i Ikebukuro. JR East i JR Central są głównymi operatorami pociągów dalekobieżnych do Tokio i z Tokio, a dodatkowe usługi kolejowe na lotniska są obsługiwane przez JR East i Keisei Electric Railway.
Tokyo Station jest główną stacją kolejową dla usług Shinkansen, a JR Central obsługuje Tokaido Shinkansen w kierunku zachodnim, natomiast JR East obsługuje Tohoku, Joetsu, Hokuriku, Yamagata i Akita Shinkansen na północ i północny zachód. Shinagawa również obsługuje odjazdy Tokaido Shinkansen, a Ueno obsługuje wybrane pociągi JR East Shinkansen oraz połączenia regionalne. Narita Express i Keisei Skyliner zapewniają połączenia kolejowe między centralnym Tokio a lotniskiem Narita.
Trasy kolejowe z Tokio prowadzą na zachód do Nagoi, Kioto, Osaki i Hiroszimy, na północ do Sendai, Morioki, Akity i Aomori, na północny zachód do Nagano i Kanazawy oraz na kierunki regionalne w całym Kanto, w tym do Jokohamy, Kamakury, Nikko i Narity. Zarezerwuj pociągi do i z Tokio online w Rail Monsters.