Lillehammer é uma importante paragem ferroviária de passageiros no interior da Noruega, na Linha de Dovre, o principal corredor ferroviário entre Oslo e Trondheim. A cidade tem uma estação ferroviária principal, a Lillehammer Station, e é servida por serviços de longa distância e regionais operados pela SJ Norge e pela Vy. A sua localização no extremo sul de Gudbrandsdalen torna-a um importante ponto ferroviário para viagens entre o leste da Noruega e os vales montanhosos a norte.
Os comboios a partir de Lillehammer incluem serviços interurbanos para Oslo, serviços regionais através do condado de Innlandet e comboios de longa distância no corredor Oslo-Trondheim. A Lillehammer Station é a estação central para estes serviços, com comboios para Lillehammer também a pararem ali antes de prosseguirem para Gudbrandsdalen, Dombas e a região de Trondelag. A Noruega não dispõe de linha de alta velocidade a servir Lillehammer; os serviços utilizam material circulante convencional de interurbanos e de longa distância.
As rotas ferroviárias a partir de Lillehammer seguem para sul em direção a Hamar, ao Aeroporto de Oslo e a Oslo S, para norte através de Otta e Dombas em direção a Trondheim, e ao longo de corredores regionais de ligação por todo o Innlandet. As ligações de cidade mais populares incluem Oslo, Hamar, Aeroporto de Oslo, Dombas, Otta e Trondheim. Reserve online os comboios de e para Lillehammer na Rail Monsters.