La rete ferroviaria, costruita sul finire del XIX secolo, è considerata insieme alla costruzione della ferrovie del Regno di Sardegna in Piemonte, come una delle cause principali del disboscamento dell’isola. Si sviluppa per oltre 600 km e si limita a congiungere le città principali e i porti. Le Ferrovie dello Stato collegano Cagliari con Sassari (3 ore) e Porto Torres, e con Olbia e Golfo Aranci (4 ore e mezza). Chilivani è lo snodo ferroviario da dove ripartono i due tronchi verso Sassari e Porto Torres e verso Olbia e Golfo Aranci. Un’altra linea collega Cagliari con Iglesias (50 minuti) e Carbonia (1 ora).

L’ARST, che ha in gestione la rete secondaria dell’isola, collega invece Monserrato con Isili, Macomer con Nuoro, e Sassari con Nulvi, Sorso e Alghero. L’intera rete ferroviaria non è elettrificata (gli unici mezzi elettrici in circolazione sulle rotaie dell’isola sono i tram delle metrotranvie di Cagliari e Sassari), e presenta visibilmente decenni di mancati investimenti in innovazioni. Gli ultimi ammodernamenti effettuati sul tracciato FS, dal 2000 ad oggi, riguardano la costruzione delle varianti di Chilivani, Campeda e San Gavino Monreale per velocizzare le relazioni, l’introduzione dei treni Minuetto, dotati di maggior comfort per i passeggeri e che hanno diminuito i tempi di percorrenza rispetto alle precedenti automotrici, e la realizzazione del doppio binario tra la nuova stazione di San Gavino Monreale e Decimomannu, dove la linea si ricollega a quella a doppio binario esistente verso Cagliari. Nel 2010 l’azienda ferroviaria basca CAF e la Keller Elettromeccanica di Villacidro (VS) si sono aggiudicate una commessa di un bando regionale per l’acquisto di cinque nuovi treni pendolanti a trazione Diesel, che ridurranno a 2 ore il tragitto sulla tratta Sassari-Cagliari. Il servizio turistico dell’ARST, il Trenino Verde, costituisce una maniera particolare di visitare alcune zone interne dell’isola, i convogli infatti penetrano in aree prive di strade ed altrimenti irraggiungibili. È un viaggiare d’altri tempi, sia per la velocità sia per i percorsi che attraversano zone impervie e incontaminate dell’interno. Alcuni trenini sono mossi da locomotive a vapore, veri pezzi di antiquariato, perfettamente funzionanti: la più antica tra quelle attualmente in uso risale al 1914. Le linee del Trenino Verde sono 4: Mandas – Arbatax; Isili – Sorgono; Sassari – Nulvi – Tempio Pausania – Palau e Macomer – Bosa. La suggestività dei paesaggi e la possibilità di scoprire zone meno note della Sardegna attirano ogni anno un discreto movimento di turismo ferroviario lungo queste linee.