Madrid é o principal centro ferroviário de Espanha, situado no ponto de encontro dos principais corredores de alta velocidade do país. A cidade tem várias estações de passageiros importantes, lideradas por Madrid Puerta de Atocha - Almudena Grandes e Madrid Chamartin - Clara Campoamor. Renfe, Iryo e Ouigo Espana operam comboios de longa distância a partir de Madrid, tornando a capital o principal ponto de correspondência para viagens ferroviárias nacionais.
Os serviços de comboio em Madrid incluem os comboios AVE, Avlo, Alvia, Avant e Media Distancia operados pela Renfe, além dos serviços de alta velocidade concorrentes da Iryo e da Ouigo Espana em corredores selecionados. Atocha gere muitos serviços de alta velocidade para sul, este e para o Mediterrâneo, enquanto Chamartin é importante para o norte de Espanha, Galiza, Astúrias e rotas de alta velocidade selecionadas. A Renfe Cercanias também liga as estações de comboio de Madrid ao Aeropuerto T4.
As rotas ferroviárias a partir de Madrid seguem para nordeste em direção a Zaragoza e Barcelona, para leste em direção a Valencia e Alicante, para sul em direção a Cordoba, Sevilha, Malaga e Granada, e para norte em direção a Valladolid, Leon, Oviedo, Santander e Bilbau. Os comboios de e para Madrid também ligam cidades regionais de Castela e do centro de Espanha. Reserve comboios de e para Madrid online na Rail Monsters.