Cadiz é o extremo oeste do principal corredor ferroviário de Espanha, atravessando a Baía de Cadiz e a Andaluzia inferior. A cidade tem uma principal estação ferroviária de longo curso, Cadiz, complementada por várias paragens ferroviárias locais na área urbana. A Renfe é a operadora principal, realizando serviços Alvia, Media Distancia e regionais que ligam a cidade à rede nacional através de Jerez de la Frontera e Sevilha.
Os serviços a partir de Cadiz incluem comboios interurbanos Alvia para Madrid, utilizando infraestrutura de alta velocidade numa parte do percurso, comboios Media Distancia pela Andaluzia e comboios regionais Cercanias que servem o corredor Cadiz-Jerez. A estação de comboios de Cadiz é o principal ponto para comboios de longo curso de Cadiz, enquanto paragens próximas como San Severiano e Segunda Aguada servem movimentos regionais locais dentro da cidade.
As rotas ferroviárias de Cadiz seguem para norte em direção a Jerez de la Frontera e Sevilha, continuando para Córdoba e Madrid, e ao longo da Baía de Cadiz em direção a San Fernando, Puerto Real e El Puerto de Santa Maria. Os comboios para Cadiz também permitem acesso desde o Aeroporto de Jerez através da paragem ferroviária na linha Cadiz-Jerez. Reserve online comboios de e para Cadiz na Rail Monsters.