Barcelona er et knutepunkt for RENFE, det statlige spanske jernbanenettet, og den viktigste stasjonen for utenbystrafikk er Barcelona Sants stasjon. Høyhastighetstoget AVE ble i 2007 forlenga til Barcelona, og kan tas både til Madrid og Sevilla. Renfe rodalies og Ferrocarrils de la Generalitat de Catalunya (FGC) driver Barcelonas lokal- og regiontog.