西安主要有7个火车站，分别是西安站、西安北站、西安南站、鄠邑站、杨陵南站、阿房宫站、岐山站。西安地处关中平原中部、北濒渭河、南依秦岭，是陕西省“米”字形铁路交通的重要枢纽。截至2017年底，西安已开通至北京、广州、长沙、深圳、武汉、郑州、石家庄、成都等的直达高铁线路。
西安站位于西安市新城区环城北路，始建于1934年12月，于1935年6月正式运营，是西安铁路枢纽的三大火车站之一。截至2014年12月，西安站站台线路规模为5台9线，途经西安站的线路有陇海铁路、西康铁路、宁西铁路、侯西铁路、包西铁路等。
西安北站于2008年9月19日开工建设、2011年1月11日投入使用，是西北地区最重要的、规模最大的铁路客运枢纽，是西安铁路枢纽的主要客运站之一。西安北站的设计立意为“唐风汉韵、盛世华章”，整体朴素庄重、雄奇壮美，气势恢宏、彰显浓郁的汉唐雄风。
西安南站位于西安市长安区，距西安站43千米，前后方车站分别为纺织城站、青岔站。