Важнейшая роль среди видов транспорта Урала принадлежит железным дорогам. Основу железнодорожной сети составляют пересекающиеся почти под прямым углом широтные и меридиональные магистрали. Наибольшее значение из широтных магистралей имеет участок Транссибирской магистрали Челябинск — Владивосток. Широтные магистрали пересекают Урал на широте Челябинска и Оренбурга, Орска. Меридиональные дороги одновременно выполняют роль распределителей грузов, прибывающих на Урал в порядке межрайонного обмена. Лучше развита сеть меридиональных дорог на Восточном склоне Урала. Выделяется линия Полуночное — Орск; параллельно ей идет дорога Серов — Челябинск. На Западном склоне Урала проходит железная дорога Соликамск — Бакал. Построена также железная дорога в Тюменскую область Ивдель — Обь. Таким образом через Уральский район проходят следующие железные дороги: Свердловская железная дорога, Южно-Уральская и Горьковская. Свердловская железная дорога. Свердло́вская желе́зная доро́га — железная дорога, пролегающая по территории Северо-Западного и Среднего Урала и Удмуртии. Дорога бесперебойно обеспечивает пропуск поездов из центральных и северо-западных районов европейской части России в Сибирь, в Казахстан, на Дальний Восток. Управление дороги находится в Екатеринбурге.
Дорога граничит с Горьковской (Чепца, Дружинино), Южно-Уральской (Михайловский завод, Полевской, Нижняя, Колчедан), Западно-Сибирской (Называевская) железными дорогами. Магистраль соединяет европейскую и азиатскую части России, с запада на восток тянется на полторы тысячи километров и в северном направлении пересекает Полярный круг. Являясь основой транспортной системы Пермского края, Свердловской, Тюменской областей, Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов, по основным показателям она входит в первую тройку железных дорог России и имеет регион обслуживания площадью 1,8 млн км2 с населением более 11 млн человек. Свердловская железная дорога — мощный транспортный комплекс с большим техническим и интеллектуальным потенциалом. Она обладает собственной мощной базой грузовых вагонов, обеспечивая 9,5 % объема сетевой погрузки и выгрузки, в том числе таких высокорентабельных грузов, как нефть, каменный уголь, удобрения, черные и цветные металлы, лесные и строительные грузы (свыше 80 %). Свердловская магистраль обслуживает около 1500 подъездных путей (на 2006 год их было 1332), ее услугами пользуются более 12 000 промышленных предприятий. Эксплуатационная длина (на 01.01.10) — 7152,2 км, развернутая длина — 13 852,5 км.