Madrid dispose d'un large réseau ferroviaire qui permet l'accès à la capitale depuis toute l'Espagne et qui offre la possibilité de se déplacer commodément dans la ville. Les deux gares principales, Atocha et Chamartín, sont desservies par les trains régionaux, les Grandes Lignes, l'AVE (le TGV espagnol) et les lignes de banlieue (Cercanías). 

La gare propose une large offre commerciale et de restauration, ainsi qu’un bowling, le Bowling Chamartin, et un grand centre de loisirs à l’étage supérieur, MEEU, qui possède plusieurs espaces dédiés aux loisirs et à la gastronomie, comme une salle de patinage à roulettes.

Parmi les services proposés aux visiteurs se trouvent également des toilettes haut de gamme, inaugurées en janvier 2022, où, pour un euro (que l’on récupère sous forme de réduction dans les boutiques de la gare), il est possible d’accéder aux toilettes (à technologie sans contact) ; aux douches ; aux postes de contrôle médical (prendre sa tension, contrôler sa fréquence cardiaque et sa saturation d’oxygène dans le sang, se peser, calculer son indice de masse corporelle (IMC) et se mesurer) ; à une salle d’allaitement avec table à langer, micro-ondes et fauteuils pour mamans et bébés ; à une salle pour les familles, avec sanitaire pour adultes, enfants et table à langer ; à un point d’eau gratuit ; à des coiffeuses pour hommes et femmes et des miroirs à messages motivants, avec des informations en temps réel sur le temps, des conseils d’hygiène, etc. Les toilettes sont également aménagées pour les personnes à mobilité réduite. Elles se situent au rez-de-chaussée de la gare et s’étendent sur une surface de 180 m². 

La gare de Chamartín est aussi un grand échangeur, puisqu’elle assure des services de métro et d’autobus en plus des services ferroviaires.

Le 23 décembre 2020, la gare a été renommée Madrid-Chamartín-Clara Campoamor, en hommage à cette femme politique, avocate et écrivaine madrilène, engagée dans la défense des droits de la femme et pionnière du vote féminin en Espagne au XXe siècle.