Le Mans situa-se no lado ocidental da rede ferroviária de alta velocidade de França, onde o corredor Atlantique a partir de Paris se divide em direção à Bretanha e aos Pays de la Loire. A cidade tem uma principal estação ferroviária de passageiros, Le Mans, servida pela SNCF Voyageurs através dos serviços TGV INOUI, OUIGO e TER. Esta posição faz de Le Mans um entroncamento ferroviário entre Paris, Rennes, Nantes e rotas regionais por todo o Sarthe.
Os serviços a partir de Le Mans incluem comboios de alta velocidade nos corredores Paris - Bretanha e Paris - oeste de França, comboios regionais TER Pays de la Loire e ligações TER Centre-Val de Loire em direção ao Vale do Loire. A estação ferroviária de Le Mans trata tanto de serviços de longa distância com reserva de lugar como de comboios regionais para viagens mais curtas pelo oeste de França. Não existe uma ligação ferroviária dedicada ao aeroporto a partir de Le Mans; os passageiros com destino ao aeroporto normalmente fazem ligação através de maiores centros ferroviários.
As rotas ferroviárias a partir de Le Mans seguem para leste em direção a Paris, para oeste em direção a Rennes e à Bretanha, para sudoeste em direção a Nantes e Angers, e para sul em direção a Tours e ao Vale do Loire. As principais cidades de destino incluem Paris, Rennes, Nantes, Angers, Laval e Tours. Reserve online os comboios de e para Le Mans em Rail Monsters.