Железнодорожный транспорт занимает 2-е место в грузообороте всех видов транспорта (38%) и 1-е — в пассажирообороте (43,2%). Ведущей железной дорогой на территории центрального экономического района является Московская железная дорога. Протяженность ее составляет 8985 км. Столичная магистраль проходит по территории 11 субъектов РФ, где находятся 7 отделений дороги: Московско-Курское, Московско-Рязанское, Московско-Смоленское, Тульское, Орловско-Курское, Смоленское, Брянское.
Все железные дороги района являются электрифицированными, в связи с этим удельный вес протяженности дорог с электронной тягой к общей протяженности железных дорог составляет 100%.Данный показатель свидетельствует о высоком уровне развития железнодорожной сети района.
На центральный экономический район приходятся основные грузопотоки черных металлов. Европейская часть страны обладает густой и разветвленной железнодорожной сетью. Конфигурация сети — радиально-кольцевая с центром в Москве. Москва замыкает на себе 11 железнодорожных линий, которые на периферии расходятся на 25 выходов. От Московского железнодорожного узла отходят основные магистрали в направлении Донбасса, Одессы, Чопа, Баку, Казани, Самары, Саратова, Волгограда, Ташкента, Минска, Риги, Санкт-Петербурга, Архангельска и др.
Железные дороги выполняют роль ключевых магистралей, когда речь идет о транспортных связях ЦЭР с другими регионами. Одновременно с этим, внутри района большая часть перевозок осуществляется автомобильным транспортом, в связи с чем налажено тесное взаимодействие железнодорожного и автомобильного транспорта в рамках района. Также следует отметить, что значительную роль играет связка железнодорожныйвоздушный транспорт, когда речь идет о пассажирских перевозках, поскольку Москва является крупнейшим центром воздушного транспорта в России, обеспечивая широкую географию внутренних и международных авиаперевозок.
Основные грузопотоки по железным дорогам ЦЭР приходятся на магистрали в направлении Юга, Урала и Поволжья: по ним перевозятся массовые грузы (лес, нефтетопливо, уголь, продукция сельского хозяйства и др.).
