包头地处渤海经济区与黄河上游资源富集区交汇处,北部与蒙古国东戈壁省接壤,南临黄河,东西接土默川平原和河套平原,阴山山脉横贯中部。包头地理坐标东经109度50分至111度25分,北纬41度20分至42度40分,是连接华北和西北的重要枢纽,是中国、内蒙古对外开放的重点发展地区,中国大陆铁路交通枢纽城市之一。
京包铁路,包兰铁路,包西铁路,包环铁路、包满铁路、包神铁路、甘泉铁路等在此交汇。计划修建经满都拉口岸到蒙古国赛音山达的跨境铁路。
包头市有多个火车站,最主要的是包头站和包头东站,包头西站为内蒙古最大编组站。京包线、包兰线、包西线、包神线、包环线、包满线交汇,是内蒙古最大铁路枢纽。从包头可以直达北京、上海、天津、西安、沈阳、哈尔滨、大连、太原、成都、兰州、银川、济南、青岛、南京、石家庄、杭州、郑州、长沙、厦门、深圳、广州等城市。
2015年初开通动车组列车,发往呼和浩特、乌兰察布,计划开通到鄂尔多斯的动车。