Kitakyushu é um importante centro ferroviário na extremidade norte de Kyushu, situado entre Fukuoka, o Estreito de Kanmon e o oeste de Honshu. A cidade tem várias estações de passageiros, sendo a Estação de Kokura a principal estação de comboios de longa distância. A JR West opera o Sanyo Shinkansen em Kokura, enquanto a JR Kyushu opera comboios interurbanos e regionais convencionais por todo o norte de Kyushu.
Os serviços a partir de Kitakyushu incluem comboios Shinkansen de alta velocidade no corredor Sanyo, comboios limitados expressos da JR Kyushu, como o Sonic, em direção à costa leste de Kyushu, e serviços regionais na Linha Principal Kagoshima, na Linha Principal Nippo e nas linhas em direção a Wakamatsu e Moji. A Estação de Kokura é o principal ponto para bilhetes de comboio e partidas de longa distância, enquanto Mojiko, Kurosaki, Orio e Tobata tratam de importantes fluxos regionais.
As rotas ferroviárias a partir de Kitakyushu seguem para oeste em direção a Hakata e Fukuoka, para leste e sul em direção a Oita, Beppu e Miyazaki, para nordeste através da área de Kanmon em direção a Shimonoseki e ao longo do Sanyo Shinkansen em direção a Hiroshima, Shin-Osaka e Tóquio. Reserve online comboios de e para Kitakyushu na Rail Monsters.