Барселона обслуговується різними залізничними станціями, кожна з яких відповідає різним регіональним та національним напрямкам. Головна станція — Барселона Сантс, розташована в районі Сантс-Монжуйк. Це найбільша станція в місті і основний вузол для швидкісних поїздів, включаючи послуги AVE, що з'єднують з Мадридом та іншими великими містами. Крім того, вона обслуговує регіональні потяги і добре з'єднана з іншою транспортною мережею міста.
Ще однією важливою станцією є Пасеїг де Грація, розташована в районі Ексампле. Ця станція відома своїми з'єднаннями з регіональними поїздами та служить як пересадковий пункт для різних залізничних послуг, включаючи ті, що прямують до Коста-Брави та інших районів Каталонії.
Барселона Франса — історична станція, розташована в районі Сьюдат-Велья. Вона в основному обслуговує регіональні та міжміські поїзди, зосереджуючи увагу на маршрутах до французького кордону.
Estació de Sants та Пасеїг де Грація знаходяться відносно близько один до одного, приблизно за 2 кілометри, тоді як Барселона Франса трохи далі, приблизно за 1.5 кілометри від Сантс. Інші менші залізничні станції включають Клот-Арагон, що працює з регіональними послугами, та Монткада і Рейксак-Манреса, що обслуговує території за межами міста з місцевими потягами.