Vilanova i la Geltrú disposa de molt bones connexions amb Barcelona i Tarragona mitjançant els trens de Rodalies de Renfe. Aproximadament cada 15 minuts surt un tren de la línia de Rodalies R2 Sud que uneix el municipi amb Barcelona Sants en 40 minuts.
A la ciutat també hi tenen parada trens regionals, de mitjana i de llarga distància, com el Regional Express Madrid- Barcelona.
En direcció sud i a tan sols 40 minuts, trobem l'estació de tren de l'AVE Camp de Tarragona amb connexió a Madrid en menys de dues hores i mitja de trajecte.
Des de l'Aeroport de Barcelona
L' estació del tren de l'aeroport es troba situada davant la T2. Per arribar a Vilanova des de l' aeroport s'ha de fer transbordament a l' estació del Prat de Llobregat.
El ferrocarril de Vilanova i la Geltrú va lligat estretament al nom de Francesc Gumà i Ferran , un "americano" que va tornar de Cuba amb una gran fortuna i que tenia al cap, entre altres projectes, connectar Barcelona amb Vilanova per la costa mitjançant el ferrocarril. El 1948 per celebrar el centenari del primer ferrocarril peninsular es construí una rèplica de "la Mataró" la primera locomotora que va circular. Actualment es troba al Museu del Ferrocarril de Catalunya de Vilanova.