铁路运输（英语：rail transport），通称轨道运输或轨道交通。狭义上通常是指一种以具有轮对的车辆沿铁路轨道运行，以达到运送旅客或货物目的的陆上运输方式。而广义的铁路运输尚包括磁浮列车、缆车、索道等，并非使用车轮形式，但仍然沿特定轨道运行的运输方式。
在中国大陆，轨道交通一般指城市轨道交通。依据《中华人民共和国国家标准 城市轨道交通技术规范》（GB 50490-2009），“城市轨道交通”的定义是：“采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。”其英文译名为“urban rail transit”。
铁路运输是最便捷的陆上交通方式之一。铁轨能提供极光滑及坚硬的媒介，让列车的车轮在上面以最小的摩擦力滚动。相比汽车乘客会感到更舒适，而且节省能量。如果配置得当，铁路运输可以比路面运输运载同一重量物时节省五至七成能量。而且，铁轨能平均分散列车的重量，令列车的载重力大大提高，而且安全舒适，而且列车长仅需控制列车速度。平均每亿客公里的死亡率是公路交通事故死亡人数的几十分之一到几百分之一，为最安全及高效率的交通运输方式之一。
希腊是第一个拥有路轨运输的国家。至少二千年前已有马拉的车沿着轨道运行。
1804年，理查·特里维西克在英国威尔士发明了第一台能在铁轨上前进的蒸汽机车，但商业上并不成功。
第一台取得成功的蒸汽机车是乔治·史蒂芬生在1829年建造的“火箭号”。
1820年代，英格兰的斯托克顿和达灵顿铁路成为第一条成功的蒸汽火车铁路。后来的利物浦和曼彻斯特铁路更显示了铁路的巨大发展潜力。
很快铁路便在英国和世界各地通行起来，且成为世界交通的领导者近一个世纪，直至飞机和汽车发明才减低了铁路的重要性。
高架电缆在1888年发明后，首条使用接触网供电的电气化铁路在1892年启用。
第二次世界大战后，以柴油和电力驱动的列车逐渐取代蒸汽推动的列车。1960年代起，多个国家均建置高速铁路。而货运铁路亦连接至港口，并与船运合作，以货柜运送大量货物以大大减低成本。
现时在全球236个国家和地区之中，有144个设有铁路运输（包括全世界最小的国家梵蒂冈在内），其中约90个国家和地区提供客运铁路服务。铁路依然是世界上载客量最高的交通工具，拥有无法被取代的地位。
中国第一条铁路吴淞铁路建于上海，由英国人兴建，后被清朝地方官员买回并拆毁。而正式使用的第一条铁路和蒸汽机车则是由李鸿章兴办的开滦公司煤矿所建。
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