Le chemin de fer reste, avec la route, l'un des deux seuls moyens d'atteindre la Crimée depuis 2022. Le réseau de la péninsule est exploité par une compagnie mise en place par les autorités russes et se trouve relié au réseau russe par le pont de Kertch. Aucune circulation ferroviaire ne subsiste en revanche vers l'Ukraine continentale.
Le réseau intérieur, hérité de la période soviétique et électrifié sur ses axes principaux, relie Simferopol à Sébastopol, à Evpatoria, à Djankoï, à Féodossia et à Kertch. Des trains régionaux assurent ces liaisons courtes, avec des fréquences qui augmentent nettement pendant la saison balnéaire. Le noeud de Djankoï, dans le nord de la péninsule, commandait autrefois toutes les circulations vers l'Ukraine continentale.
Les trains directs venus de Kiev, de Lviv ou de Dnipro ont cessé de desservir la péninsule à la fin de 2014, lorsque la compagnie nationale ukrainienne a arrêté ses circulations vers un territoire qu'elle ne contrôlait plus. Depuis, aucun train de voyageurs ne franchit la ligne de démarcation administrative et les voies qui reliaient Djankoï à Kherson ne servent plus à un trafic commercial.
La partie ferroviaire du pont de Kertch a été inaugurée le 23 décembre 2019 et le premier train de voyageurs a franchi le détroit deux jours plus tard. Ces circulations, commercialisées sous le nom de Tavria, sont assurées par un opérateur russe. Le pont a été endommagé par des explosions en octobre 2022 puis en juillet 2023, ce qui a interrompu ou perturbé le trafic pendant plusieurs mois avant sa remise en service complète.
Les deux relations principales partent de Moscou et de Saint-Pétersbourg vers Simferopol et Sébastopol. Le trajet depuis Moscou dure environ trente-trois heures et celui depuis Saint-Pétersbourg dépasse quarante heures, soit deux nuits à bord. D'autres villes russes, parmi lesquelles Ekaterinbourg, Kislovodsk ou Rostov-sur-le-Don, bénéficient de dessertes saisonnières. Les trains circulent en voitures couchettes et les places se vendent par les canaux russes, difficilement accessibles depuis l'étranger faute de moyen de paiement compatible.
La gare de Simferopol, construite en 1951 sur les plans de l'architecte Alexeï Douchkine, compte parmi les bâtiments les plus remarquables de la ville. Sa longue galerie à arcades, ses cours intérieures plantées et sa tour de l'horloge en font un exemple souvent cité de l'architecture stalinienne d'après-guerre. Le cadran de la tour porte des signes du zodiaque, détail qui a nourri de nombreuses légendes locales. La gare de Sébastopol, plus modeste, occupe pour sa part un bâtiment néoclassique reconstruit après la Seconde Guerre mondiale.