Taoyuan leży na zachodnim korytarzu kolejowym Tajwanu, między Tajpej, Hsinchu, Taichung, Tainan i Kaohsiung. Miasto ma dwa główne punkty kolei międzymiastowej: stację Taoyuan HSR na linii Taiwan High Speed Rail oraz stację Taoyuan TRA w konwencjonalnej sieci Taiwan Railways. Ten podział zapewnia Taoyuan zarówno szybkie połączenia wzdłuż zachodniego Tajwanu, jak i lokalną obsługę kolejową dla pobliskich miast.
Połączenia z Taoyuan obejmują pociągi Taiwan High Speed Rail na stacji Taoyuan HSR, pociągi międzymiastowe i lokalne TRA na stacji Taoyuan TRA oraz połączenie kolejowe między Taoyuan International Airport, stacją Taoyuan HSR i Tajpej. Pasażerowie powinni sprawdzić dokładną stację kolejową przy zakupie biletów kolejowych do Taoyuan, ponieważ stacja HSR i stacja TRA znajdują się w różnych częściach miasta.
Trasy kolejowe z Taoyuan biegną na północ w kierunku Tajpej i Nangang, na południe wzdłuż korytarza dużych prędkości do Hsinchu, Taichung, Tainan i Zuoying, a lokalnie przez stacje TRA do Zhongli, Banqiao i Hsinchu. Zarezerwuj pociągi z i do Taoyuan online w Rail Monsters.