Im Essener Stadtgebiet fahren fünf unterschiedliche Bahngesellschaften, davon vier auf der 1862 durch die Bergisch-Märkischen Eisenbahn Gesellschaften eröffneten Strecke über Steele, Zentrum nach Frohnhausen. Dieser Bahnhof erhielt den Beinamen HB für Holzbude, denn mehr aus als einem kleinem Haus bestand das Bahnhofsgebäude nicht. Erst im Jahre 1903 wurde durch einen Neubau der Name gerecht. In dieser Zeit gab es schon nicht mehr die Bergische Märkische Eisenbahn, sondern die Reichsbahn. Alle Bahngesellschaften wurden zu einer Gesellschaft zusammengefasst.
Neben dem Essener Hauptbahnhof gibt es noch unzählige Haltepunkte an der ehemaligen Köln-Mindener Eisenbahn, eröffnet schon 1847 von Oberhausen über Dellwig, Bergeborbeck, Altenessen, Katernberg nach Gelsenkirchen. Desweiteren gibt es noch drei Nord-Südverbindungen einmal über Borbeck, Gerschede, Dellwig nach Bottrop, über Stadtwald, Werden, Kettwig nach Ratingen und Kray nach Gelsenkirchen (via Rotthausen) und eine Verbindung nach Hattingen via Essen-Horst.
Auf den ehemaligen Strecken der Rheinischen Eisenbahn zwischen Essen-Nord und Mülheim-Heißen via Essen-Altendorf und sowie von Mülheim-Heißen nach Steele via Magarethenhöhe, Rüttenscheid, Steele, Burgaltendorf nach Bochum-Dahlhausen fahren auf dem größten Teil der Strecken Fahrräder, denn die Strecken wurden nach der Stilllegungen dazu umgebaut.
Anlässlich der Kulturhauptstadt 2010 wurde der Bahnhof aufgefrischt. Die Umbauarbeiten dauerten noch bis zur ersten Hälfte des Jahres 2010 an.
Als Rhein-Ruhr Express wird eine Optimierung von den bisherigen Regional-Express Linien bezeichnet. Die Linien werden dann von der Abellio (heutiger Betreiber vom RE 16, RE 19, RB 40 und RB 46) und vom National Express (heute Betreiber von dem RE 7 und RB48) betrieben.
Auf dem Essener Stadtgebiet sollen nach dem Stand von 2017 die Linien RBX1 (Aachen-Dortmund), RBX2 (Aachen-Kassel), RBX4 (Koblenz-Bielefeld), RBX6 (Koblenz-Minden), RBX7 (Düsseldorf-Münster/Westfalen) verkehren. Die Linien sollen im Jahre 2019 die bisherigen Regionalexpress-Linien ersetzen.
Die Deutsche Bahn AG hat sehr viele Linien abgeben müssen.
| Linie | von | nach |
|---|---|---|
| S1 | Solingen HBF | Dortmund HBF |
| S6 | Essen HBF | Köln-Nippes |
| RE2 | Osnabrück HBF | Düsseldorf HBF |
| RE 42 | Mönchengladbach HBF | Münster/Westfalen HBF |
Die Linie RE14 verkehrt seit dem 15.12.2019 zwischen Essen Steele und Borken/Westfalen von Mo-Fr. Von Mo-Fr beginnt der RE14 in Richtung Dorsten/Borken um 6.01 Uhr und 6.31 Uhr am Essener HBF. Am Samstag hält der RE14 in Richtung Dorsten/Borken um 6.31 Uhr, 7.31 Uhr und 8.31 Uhr am Essener HBF am Gleis 8. Die folgenden Fahrten wie in der Woche auch, denn die beginnen wieder in Essen-Steele. Am Sonntag verkehrt die Linie ausschließlich von Gleis 8 in Richtung Dorsten/Borken. Vor dem Fahrplanwechsel am 15.12.2019 verkehrte der RE14 meist zwischen Essen Hauptbahnhof und Borken/Westfalen. Es gibt eine Verstärkerfahrt ab Dorsten im morgentlichen Berufsverkehr (Mo-Fr) nach Essen HBF.
Der RE14 ist die ehemalige Linie 24 des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr. Der letzte Zug, der früher zu Zeiten der Deutsche Bahn AG um 21.57 Uhr ab Dorsten abfuhr, kommt als Zug aus Borken an. Die Deutsche Bahn AG setzte zuvor die BR 218 mit Silberlingen bzw. deren umgebaute Variante ein oder auch mal die BR 628. Hier sei noch gesagt, später dass die DB, als die Linie schon RE14 hieß und nicht mehr "24", einmal in der Stunde zur RB 49 bis nach Langenberg durchführte. Das heißt man konnte von Borken/Westfalen nach Velbert-Langenberg durchfahren.
Die Eurobahn verkehrt mit den 74,28 Meter langen Stadler Flirttriebwagen, die eine Kapazität von 217 Personen haben, stündlich auf der Linie RE3 (Düsseldorf-Hamm/Westfalen) nur auf der Köln-Mindener Eisenbahnverkehr im Essener Stadtgebiet und hält nur in Essen-Altenessen. Der Essener HBF wird nicht regulär angefahren.
| RE1 | Hamm/Westfalen HBF | Aachen HBF |
| RE11 | Kassel Wilhelmshöhe | Düsseldorf HBF |
| RE16 | Essen HBF | Siegen HBF |
| RE49 | Wuppertal HBF | Wesel |
| RB40 | Essen HBF | Hagen HBF |
| S2 | Essen HBF | Dortmund HBF |
| S3 | Oberhausen HBF | Hattingen Mitte |
| S9 | Haltern am See / Recklinghausen HBF | Wuppertal HBF |
Der RE16 fährt in Doppeltraktion bis Iserlohn-Letmathe. Die vordere Hälfte fährt nach Iserlohn, während die andere Hälfte nach Siegen weiterfährt.
Die betriebene Linie RE6 hält nicht in Köln Messe/Deutz und zwischen Dortmund HBF und Hamm/Westfalen nur in Kamen. Die anderen Stationen auf dem Abschnitt Dortmund HBF nach Hamm/Westfalen werden nicht bedient.
| RE6 | Minden/West HBF | Köln/Bonn Flughafen |
Als letztes und großes Bahnunternehmen ist das Bündnis zwischen der Französischen Staatsbahn (SNCF, Sociète national de chemin de fer France), der Belgischen Staatsbahn (SNCB/NMBS) bzw. einer Tochtergesellschaft der NS (Nederlands Spoorwegen). Der Thalys hat inzwischen seine Endhaltehaltestelle in Dortmund HBF. Vor dem Fahrplanwechsel am 13.12.2015 war noch Essen noch Endstation, so dass die Abfahrtszeiten von Essen via Köln, Aachen, Liège, Brüssel nach Paris Gare du Nord um 5.40 Uhr, 11.24 Uhr und 15.56 Uhr lagen. Für den innerdeutschen Verkehr werden keine Fahrkarten verkauft.
Wegen der Coronapandemie in 2020 verkehrt der Thalys derzeit nicht ins Ruhrgebiet. Derzeit, Stand 29.12.2020, kann man nur einmal täglich von Köln nach Paris fahren. Nach Angaben des Betreibers soll voraussichtlich ab dem 19.02.2021 wieder der Thalys von Dortmund über Essen nach Paris Gare du Nord fahren.