По территории региона пролегают крупнейшие железные дороги страны – Куйбышевская, Юго–Восточная, частично Московская. Эксплуатационная длина железнодорожных путей общего пользования составляет 828 км. Они связывают Пензу с Центром и Югом России, регионами Поволжья, Украиной, Южным Уралом, Сибирью, Казахстаном, Средней Азией, Дальним Востоком.
Функционируют пять направлений пригородных железнодорожных сообщений: Пачелмское, Кузнецкое, Рузаевское, Земетчинское на полигоне Куйбышевской железной дороги и Ртищевское на полигоне Юго–Восточной железной дороги.