武汉是中国四大铁路枢纽之一，位于京广铁路、汉丹铁路、长荆铁路、武九铁路、武麻铁路、沪汉蓉铁路、京港高铁交汇处，京广铁路穿城而过。
　　另有京港铁路客运专线北线（石武铁路客运专线）、汉宜铁路（沪汉蓉铁路客运专线）在建。另沪汉蓉铁路客运专线（合武铁路、合宁铁路）、京港铁路客运专线南线（武广客运专线）已于2009年通车，现武汉至广州仅3小时，至上海仅5小时。2013年后，沪汉蓉铁路西线（武汉-成都）、京武高铁（北京-武汉）建成后武汉坐火车到成都、北京仅需5小时。2009年03月23日武汉至孝感、武汉至黄冈、武汉至黄石和武汉至咸宁的4条城际铁路开建，拉开了武汉与周边城市构建“半小时铁路圈”的序幕，4条城际铁路将在2012年和2013年分别竣工。
　　武汉有全国18个铁路局（集团）之一的武汉铁路局。武昌火车站、汉口火车站和武汉火车站构成了武汉客运枢纽。武昌南编组站、武昌东编组站、江岸西编组站、汉阳火车站和市北郊的武汉北编组站（亚洲最大铁路编组站之一）构成了武汉货运枢纽。