Santarém situa-se na Linha do Norte, o principal corredor ferroviário de Portugal entre Lisboa, Coimbra e o Porto. A cidade tem uma estação ferroviária principal de passageiros, Santarém, servida pela Comboios de Portugal, mais conhecida por CP. O seu papel é regional e interurbano, em vez de alta velocidade, dando aos viajantes acesso a comboios de longa distância e a serviços mais curtos do Ribatejo.
Os comboios de Santarém incluem serviços CP Intercidades no eixo Lisboa - Porto, comboios InterRegionais que ligam cidades de média dimensão no corredor central e comboios Regionais para viagens locais pelo Ribatejo e pelo Vale do Tejo. A estação ferroviária de Santarém é o ponto de reserva para a maioria das viagens de comboio na cidade, com serviços a utilizar a rede nacional de bitola larga.
As ligações ferroviárias a partir de Santarém seguem para sul rumo a Lisboa Oriente e Lisboa Santa Apolónia, para norte rumo ao Entroncamento, Coimbra, Aveiro e Porto, e para leste, através de ligações, rumo a Tomar ou ao corredor da Beira Baixa. Santarém não tem uma estação ferroviária dedicada ao aeroporto, pelo que os transferes para o aeroporto são normalmente feitos via Lisboa Oriente e transporte local subsequente. Reserve online comboios de e para Santarém na Rail Monsters.