На территории г. Уфы эксплуатация железнодорожной инфраструктуры общего пользования обеспечивается Башкирским отделением филиала ОАО "РЖД" - Куйбышевская железная дорога.
В границах г. Уфы проходит часть Южно-Уральского хода Транссибирской магистрали (Дема - Уфа - Черниковка - Шакша). К территории города относится станция Уршак линии Дема - Тюльган с выходом на г. Оренбург; по территории городского округа частично проходит южный обход г. Уфы от станции Дема - Южный парк до станции Иглино. В черте г. Уфы вывоз продуктов нефтепереработки и нефтехимии, составляющих большую часть промышленной продукции города, осуществляют станции Бензино-Черниковского узла (Черниковка, Бензин, Восточная, Загородная, Новоуфимская, Лощинная).
В Схеме территориального планирования Республики Башкортостан предлагается строительство новых меридиональных железнодорожных направлений: Уфа - Бирск - Нефтекамск - Амзя (225 км) и Бирск - Чернушка - Кунгур с выходом на г. Пермь (100 км в границах Республики Башкортостан), способствующих развитию транспортных связей г. Уфы с северными районами Республики Башкортостан, межрегиональных и международных связей с портами северо-запада России, Казахстана и Средней Азии, а также в перспективе повышающих объем грузопотоков, проходящих через г. Уфу. Одним из ключевых направлений развития железнодорожного транспорта здесь является повышение его пропускной способности. С этой целью Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 года N 877-р, предусмотрено строительство четвертых главных путей на участке Дема - Чишмы (24,6 км). Развитию транспортной инфраструктуры и разгрузке городской территории от проходящих сквозь нее меридиональных и широтных грузопотоков будет способствовать строительство сплошных вторых путей на участке южного обхода г. Уфы направления Дема Южная - Иглино (50 км), предусмотренное Схемой территориального планирования Республики Башкортостан и Генеральным планом города Уфы. В целях снижения нагрузки на железнодорожные станции в пределах городской черты данными документами предполагаются создание железнодорожного обхода Дема - Благовещенск (42 км), а также реконструкция железнодорожных станций Дема, Уфа, Шакша. Кроме того, рекомендуются мероприятия по ремонту и обновлению инфраструктуры железнодорожного транспорта для обеспечения обращения поездов повышенного веса с нагрузками до 25 - 30 т-сил/ось на участке Кузбасс - Челябинск - Сызрань - порты Азово-Черноморского бассейна, в том числе на участке в пределах г. Уфы.
Для решения проблем пассажирского сообщения в пределах городской зоны рекомендуется использовать для внутригородских перевозок участок Дема - Уфа - Шакша и Дема - Уфа - Загородная с организацией вертикального транспорта и пересадочных узлов. Данные направления актуальны в связи с наличием проблемы доставки жителей от мест расселения к местам работы: Северному и Лихачевскому промышленным районам. При этом предусматривается открытие ряда остановочных пунктов: "Баланово", "Затонская", "Бельский парк".
Железнодорожный транспорт также можно использовать для повышения доступности аэропорта г. Уфы. Так, планируется строительство нового железнодорожного вокзала на станции Уршак для подключения к аэропорту пассажиропотоков меридионального направления. Кроме того, Генеральным планом города Уфы предусматривается строительство электрифицированного железнодорожного пути от станции "Аэропорт" до станции "Уршак" с закрытой посадочной платформой в районе аэропорта. Наличие данной ветки позволит пассажирам добраться до города без пересадок с минимальным количеством остановок.