Основой железнодорожного транспорта на территории Костромской области является Северная железная дорога – филиал ОАО «Российские железные дороги». Протяженность железнодорожных путей общего пользования, принадлежащих Северной железной дороге на территории Костромской области, составляет 641 км, плотность сети – 0,01 км/км2.
Пассажирские перевозки в пригородном сообщении осуществляет ОАО «Северная пригородная пассажирская компания», в дальнем следовании – Северный филиал АО «Федеральная пассажирская компания».
Крупными узловыми пунктами являются железнодорожные станции в Буе, Нерехте, Галиче.
Через станцию Нерехта осуществляется железнодорожное сообщение областного центра с Ярославлем и Иваново. Через станцию Буй осуществляется связь с Москвой и Санкт-Петербургом, а также с Дальним Востоком России. Станция Галич связывает областной центр с участком Буй–Шарья.
Основные пассажирообразующие станции: Кострома-Новая, Буй, Нерехта, Галич, Мантурово, Шарья.
Высокоскоростные пути сообщения отсутствуют.