Transport kolejowy jest drugą najważniejszą (po transporcie samochodowym) gałęzią transportu w Polsce. Jego znaczenie zmalało jednak po 1989 roku.
Pierwszą linię kolejowa na ziemiach polskich zbudowano na Dolnym Śląsku. W 1842 roku połączyła ona Wrocław z Oławą. W rządzonym przez Rosjan Królestwie Polskim najważniejszą linią kolejową była zbudowana w latach 1845-48 polska część Kolei Warszawsko-Wiedeńskiej (w roku 1862 roku oddano do użytku linię Kolei Warszawsko-Petersbuskiej).
Po odzyskani niepodległości przez Polskę w 1918 roku rozpoczęto scalanie systemów kolejowych państw zaborczych. Najgęstsza była sieć kolejowa w Królestwie Pruskim (w Cesarstwie Niemieckim) – służyła ona m.in. do wywozu surowców rolnych i przemysłowych z polskojęzycznych prowincji Królestwa Prus. Mniej gęsta była sieć kolejowa w zaborze austriackim, a zwłaszcza rosyjskim. Granice zaborów długo widoczne były na mapie linii kolejowych Polski. W okresie międzywojennym do najważniejszych inwestycji kolejowych w kraju należała budowa Magistrali Węglowej (oddana do użytku w 1933 roku), łączącej Górny Śląsk z tworzącym się portem w Gdyni.
Po II Wojnie Światowej 1 z głównych przedsięwzięć dotyczących modernizacji sieci kolejowej była ich elektryfikacja. W 1946 roku zelektryfikowane było tylko około 100 km linii kolejowych w Polsce (większość trakcji elektrycznej z terenów niemieckich przyłączonych do Polski po 1945 roku została zdemontowana przez Rosjan i wywieziona do Związku Radzieckiego). Długość linii zelektryfikowanych rosła do ok. 2000 roku, kiedy wynosiła ok. 11,9 tys. km (56% długości wszystkich eksploatowanych linii kolejowych). Od tego czasu długość linii zelektryfikowanych już nie wzrastała (chociaż jej udział tak – do 59% - z racji likwidacji części linii kolejowych).
Do głównych inwestycji kolejowych okresu powojennego należała budowa w latach 1971-77 Centralnej Magistrali Kolejowej (CMK). Miała ona połączyć Warszawę z Górnym Śląskiem, nie ukończone jej jednak – łączy podwarszawski Grodzisk Mazowiecki z Zawierciem. Geometria torów umożliwia na niej ruch pociągów pasażerskich z prędkością do 160 km/godz. (to tu pobito polski kolejowy rekord prędkości – 250 km/godz. w 1994 roku).
Inna ważna dla gospodarki Polskiej Rzeczpospolitej Ludowej inwestycja kolejowa to Linia Hutniczo-Siarkowa lub Linia Hutnicza Szerokotorowa (LH-S), linia szerokotorowa (rozstaw torów 1520 mm, jak w dawnym Związku Radzieckim, a nie 1435 mm, jak normalnie w Polsce). Celem linii miało być dostarczanie rudy żelaza z Ukrainy do Huty Katowice (stacja końcowa linii w leżącym blisko huty Sławkowie) oraz eksport polskiego węgla i siarki do Związku Radzieckiego. Linia do dnia dzisiejszego wykorzystywana jest w wymianie towarowej między Polską a Ukrainą i innymi państwami postradzieckimi.
W ostatnich latach planowana jest sieć kolei dużych prędkości (>160 km/godz.) łącząca Warszawę z głównymi miastami Polski (Krakowem i Katowicami – wykorzystanie CMK, Gdańskiem oraz Łodzią, Wrocławiem i Poznaniem – planowana linia Y).
W 2011 roku długość eksploatowanych normalnotorowych linii kolejowych w Polsce wynosiła 20,1 tys. km (od 1980 roku zmniejszyła się o 4,3 tys. km), z czego 11,9 tys. km linii kolejowych jest zelektryfikowanych.
Gęstość sieci kolejowej w 2011 roku wynosiła 6,4 km długości eksploatowanych linii kolejowych na 100km2 powierzchni ogólnej kraju.
Największą gęstość ma sieć kolejowa w uprzemysłowionym (liczne bocznice kolejowe zakładów przemysłowych) i silnie zurbanizowanym województwie śląskim – 17,4 km długości eksploatowanych linii kolejowych na 100km2 powierzchni ogólnej województwa, najmniejsza gęstość linii kolejowej ma województwo podlaskie – 3,8 km długości eksploatowanych linii kolejowych na 100km2 powierzchni ogólnej województwa.
Największe znaczenie mają linie kolejowe łączące główne aglomeracje miejskie Polski (gł. w transporcie pasażerskim) oraz linie tranzytowe (zwłaszcza w transporcie towarowym). Lokalnie ważne są też sieci podmiejskich kolei dojazdowych (np. w Warszawie, na Górnym Śląsku, czy w Trójmieście).
Najważniejsze tranzytowe linie kolejowe:
- linia kolejowa E 20 (Kunowice na granicy polsko-niemieckie – Poznań – Warszawa – Terespol na granicy polsko-białoruskiej), która jest częścią II Paneuropejskiego Korytarza Transportowego Zachód – Wschód , łączącego Berlin z Moskwą;
- linia kolejowa E 30 (Zgorzelec na granicy polsko-niemieckiej – Wrocław- Opole – Katowice – Kraków – Mościska na granicy polsko-ukraińskiej) należąca do III Paneuropejskiego Korytarza Transportowego, łączącego Niemcy, Polskę i Ukrainę;
- linie kolejowe E 65 i C-E 65, należące do VI Paneuropejskiego Korytarza Transportowego łączącego państwa nadbałtyckie z krajami położonymi nad Morzem Adriatyckim, biegnie z Gdańska przez Warszawę (alternatywnie), na Górny Śląsk i do Zebrzydowic oraz Zwardonia na granicy południowej wykorzystują odcinki dawnej magistrali węglowej i CMK;
Nieco mniejsze znaczenie mają:
- linie kolejowe E 59 i C-E 59, łączące port w Świnoujściu z południową granicą państwa w Chałupkach (przebiegają przez Szczecin i Wrocław oraz alternatywnie przez Poznań);
- linia kolejowa E 75 z Warszawy do Trakiszek na granicy polsko-litewskiej, część Rail Baltica, łączącej Helsinki przez Tallin, Rygę, Wilno z warszawa i Berlinem;
- linia kolejowa C 28 z Warszawy (przez Lublin) do Dorohuska na granicy polsko-ukraińskiej i dalej do Lwowa i Kijowa.
Pod koniec grudnia 2007 roku po wejściu Polski do strefy Schengen znikły kontrole graniczne na granicy Polski i innych krajów Unii Europejskiej. Pozostałe funkcjonujące kolejowe przejścia graniczne to:
- Braniewo-Mamonowo (osobowe i towarowe), Głomno-Bagrationowsk (towarowe), Skandawa-Zelaznodorożnyj (towarowe) na granicy Polski i Obwodu Kaliningradzkiego Rosji;
- Terespol-Brześć (towarowe i osobowe, główne przejście pomiędzy Polską i Białorusią), Czeremcha-Wysokolitowsk (towarowe i osobowe), Kużnica-Grodno (towarowe i osobowe), Siemianówka-Swisłocz (towarowe), Zubki-Bierestowica (towarowe) na granicy polsko-białoruskiej;
- Dorohusk-Jahodyn (osobowe i towarowe), Przemyśl-Mościska (osobowe i towarowe) – dwa najważniejsze kolejowe przejścia graniczne na granicy Polski i Ukrainy oraz Hrubieszów-Włodzimierz Wołyński (osobowe i towarowe), Hrebenne-Rawa Ruska (osobowe), Krościenko-Chyrów (osobowe), Werechta-Rawa Ruska (towarowe).
Większość linii kolejowych w Polsce (ponad 90% długości) zarządzana jest przez przedsiębiorstwo PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. Udostępnia ono swoja infrastrukturę kolejowa przewoźnikom kolejowym (np. PKP Cargo, czy PKP Inercity) za opłatą.
Jeszcze w 1980 roku koleje przewoziły w Polsce ponad 1 mld pasażerów (jeszcze w latach 60.tych przewoziły więcej pasażerów niż transport samochodowy) i 473 mln ton towarów.
W roku 2011 przewoźnicy kolejowi przewieźli 264 mln pasażerów i 248 mln ton towarów.
Główne grupy towarów przewożone w transporcie kolejowym to paliwa: węgiel kamienny, koks, ropa naftowa i produkty jej rafinacji (ponad 50% masy przewożonych koleją towarów) oraz rudy metali i chemikalia.
Spadek wielkości przewozów spowodował problemy finansowe spółek kolejowych, zwłaszcza przewoźników pasażerskich. Zbiorowy kolejowy transport pasażerski charakteryszuje się bowiem małą elastycznością - sieć kolejowa nie jest zbyt gęsta i np. z Krakowa do Lublina pociagi spółki PKP Tntercity jeżdżą przez Kielce, Radom i Puławy (nie do końca najprostszą drogą), a i liczba połączeń w ciągu doby nie jest zbyt duża. Problemem jest też czasami niska jakość taboru kolejowego (niski komfort jazdy) i pogarszający się stan trakcji kolejowej (zwiększa to czas podróży). Mniej problemów mają przewoźnicy towarowi - wyspecjalizowali się w przewozach ładunków masowych na duże odległości. Zaletą transportu szynowego (z napędem elektrycznym) w porównaniu z transportem samochodowym jest mniejsza emisja zanieczyszczeń powietrza.