Taoyuan situa-se no corredor ferroviário ocidental de Taiwan, entre Taipei, Hsinchu, Taichung, Tainan e Kaohsiung. A cidade tem dois principais pontos ferroviários interurbanos: a estação Taoyuan HSR na linha Taiwan High Speed Rail e a estação Taoyuan TRA na rede convencional da Taiwan Railways. Esta separação dá a Taoyuan acesso de alta velocidade a todo o oeste de Taiwan e cobertura ferroviária local para as cidades próximas.
Os serviços de Taoyuan incluem comboios da Taiwan High Speed Rail na estação Taoyuan HSR, comboios interurbanos e locais da TRA na estação Taoyuan TRA e uma ligação ferroviária ao aeroporto entre o Aeroporto Internacional de Taoyuan, a estação Taoyuan HSR e Taipei. Os passageiros devem verificar a estação exata ao comprar bilhetes de comboio para Taoyuan, porque a estação HSR e a estação TRA ficam em partes diferentes da cidade.
As rotas ferroviárias de Taoyuan seguem para norte em direção a Taipei e Nangang, para sul ao longo do corredor de alta velocidade em direção a Hsinchu, Taichung, Tainan e Zuoying, e localmente através das estações TRA em direção a Zhongli, Banqiao e Hsinchu. Reserve online comboios de e para Taoyuan na Rail Monsters.