株洲是由京广铁路和沪昆铁路交汇形成的十字型
铁路枢纽，市域内主要有
株洲站（京广线客货运特等站）、
株洲北站（京广线货运、编组特等站）、
株洲西站（京广高铁一等站）、长株潭城际铁路株洲站（建设中）。株洲市东部45公里处有
醴陵站和
醴陵东站，2014年7月1日建成通车的
吉衡铁路在株洲南3县设有
攸县南站、
茶陵南站、
炎陵站3个客运站。
株洲有“被火车拖来的城市”之称，是中国重要的铁路枢纽之一。株洲站是中国客货运输特等站之一，平均每5分钟接发列车一次，日接发车达300趟之多。株洲北站是全国重要的12个路网性特等编组站。（双向三级七场），日均办理车17000辆，解编12000辆，株洲为铁路双特等站城市。
湖南“3+5”城市群城际铁路中，株洲也成为枢纽。已开工建设的
长株潭城际铁路在株洲设白马垅、时代、云龙、株洲、七斗冲5个火车站。2016年12月通车后，株洲市中心坐城际列车到长沙市中心仅仅只需要30分钟。