Santo Tirso situa-se na rede ferroviária do norte de Portugal, entre o Porto e Guimarães, servindo o Vale do Ave como paragem regional em vez de terminal de longo curso. A cidade tem uma estação principal, Santo Tirso, na Linha de Guimarães. Os serviços de passageiros são operados pela Comboios de Portugal através da CP Urbanos do Porto, a rede ferroviária suburbana e regional centrada no Porto.
Os comboios de Santo Tirso são serviços regionais, sem comboios de alta velocidade ou comboios-cama a servir a estação. A estação de Santo Tirso é utilizada para viagens locais e regionais em direção ao Porto, Guimarães, Trofa e à zona mais ampla do Minho. As ligações de longo curso Intercidades e Alfa Pendular exigem transbordo em Porto Campanhã ou noutro centro CP maior.
As rotas ferroviárias a partir de Santo Tirso seguem para sudoeste em direção a Trofa, Ermesinde, Porto Campanhã e Porto São Bento, e para nordeste em direção a Guimarães, através do Vale do Ave. Os bilhetes de comboio de Santo Tirso são úteis para chegar à principal rede ferroviária do Porto, enquanto os comboios para Santo Tirso permitem o acesso a partir do Porto, Guimarães e das localidades vizinhas no mesmo corredor. Reserve online comboios de e para Santo Tirso em Rail Monsters.