В столице действует девять железнодорожных вокзалов:

Белорусский вокзал — с этого вокзала идут поезда дальнего следования на запад и юго-запад России, в Белоруссию, Германию, Польшу, Литву, Чехию, Словакию, Австрию и Венгрию.

Казанский вокзал — с этого вокзала отправляются поезда дальнего следования на юг, восток и юго-восток России, на Урал и Алтай, Кубань и Северный Кавказ, в Татарстан, Башкортостан, Чувашию, Мордовию, в Казахстан и Среднюю Азию.

Курский вокзал — с этого вокзала отправляются поезда дальнего следования в центральную и южную часть России, юго-восточную часть Украины, в Крым и на Кавказ, а также транзитные поезда в Санкт-Петербург и Мурманск. Крупнейший вокзал в Москве. В настоящее время (2009 год) единственный вокзал в России, который управляется частной компанией («БФМ-Курский вокзал»).

Киевский вокзал — с этого вокзала отправляются поезда дальнего следования на запад и юго-запад России, на Украину и в Молдавию, в Болгарию и Грецию. С вокзала также отправляют аэроэкспрессы до аэропорта Внуково.

Павелецкий вокзал — с этого вокзала отправляются поезда дальнего следования в центральную и южную части России, в Казахстан и Поволжье, на Северный Кавказ и в Азербайджан. С вокзала также отправляют аэроэкспрессы до аэропорта Домодедово.

Рижский вокзал — с вокзала отправляются поезда дальнего следования до Великих Лук и Риги.

Савёловский вокзал. Единственный в Москве вокзал, который обслуживает исключительно пригородные поезда. С вокзала ежедневно отправляются электропоезда до Лобни, Дмитрова, Дубны, Савелово, а также аэроэкспрессы до аэропорта Шереметьево.

Ярославский вокзал — отправляются поезда дальнего следования на север, северо-восток и восток России, на Урал, в Сибирь и Дальний Восток, в Китай и Монголию. Крупнейший в России по объему перевозок.

Ленинградский вокзал — отправляются поезда дальнего следования на северо-запад России, в Эстонию и Финляндию. Единственный вокзал в Москве, который обслуживается не Московской железной дорогой — он принадлежит Октябрьской ж/д.

Общая протяжённость железных дорог в пределах города — 394,7 км.

В Москве имеется 9 действующих железнодорожных вокзалов и планируется сооружение ещё трёх — Евровокзала, вокзала в районе станции Каланчёвская, и Южного вокзала на площади Ильича. Есть планы по закрытию Рижского и Савёловского вокзалов (в то же время в 2008 году было оглашено, что вокзалы закрываться не будут — основные работы будут направлены на сокращение товарного двора на Рижском вокзале с укладкой путей для электропоездов под землю). Ранее также существовал Нижегородский вокзал и рассматривалась возможность создания Центрального вокзала. Также существуют Правительственный («Брежневский») спецвокзал и несостоявшийся Императорский спецвокзал.

Почти все вокзалы являются начально-конечными тупиковыми пунктами железнодорожных линий-направлений от Москвы (не являются тупиковыми Белорусский и Курский, и, отчасти, Савёловский, через который проходит одна нетупиковая линия с Белорусского вокзала на Рыбинск). Курский вокзал обслуживает два железнодорожных направления от Москвы (курское и горьковское), также два магистральных направления (казанское и на Муром) обслуживает Казанский вокзал (место соединения двух магистральных направлений находится в городе Люберцы у границы с Москвой), остальные — по одному направлению (одноимённые, кроме Смоленского направления с Белорусского вокзала).

Со всех вокзалов отправляются пригородные электропоезда (электрички), со всех кроме Савёловского — поезда дальнего следования. Единственный вокзал — Курский — пропускает транзитные поезда дальнего следования. С четырёх вокзалов (Киевский, Павелецкий, Савёловский, Белорусский) существует движение электропоездов-«аэроэкспрессов» до аэропортов («Внуково», «Домодедово», «Шереметьево», «Домодедово» соответственно). Наиболее загруженные вокзалы — Курский, Казанский, Киевский, наименее — Рижский и Савёловский.

Со всех вокзалов есть пересадка на станции метрополитена, при этом одна линия метро (Кольцевая линия) связывает почти все вокзалы (кроме Рижского и Савёловского).

Три вокзала (Казанский, Ленинградский, Ярославский) расположены рядом (на Комсомольской площади — «площади Трёх вокзалов»), на которой планируется до 2011 сооружение четвёртого вокзала. С некоторых вокзалов (Савёловский, Рижский, Казанский, Ленинградский, Ярославский) есть пересадка на платформы железнодорожных станций других направлений.