La gare de Luxembourg est la principale gare ferroviaire de la ville de Luxembourg et est le cœur du réseau ferré luxembourgeois. Elle est localisée à deux kilomètres au sud du centre-ville (ou Ville-Haute), au sud de la rivière Pétrusse ; elle donne son nom à l'un des quartiers de la ville. Elle est exploitée par la Société nationale des chemins de fer luxembourgeois (CFL).
Du fait de la petite taille du Luxembourg, la gare est desservie par de nombreux trains de compagnies étrangères. De plus, du fait de son importance économique, la gare est très fréquentée par les frontaliers (en majorité français). Elle est également reliée aux autres capitales européennes (Bruxelles et Strasbourg). Avec l'ouverture de la LGV Est européenne le , la ville n'est plus qu'à 2 h 12 de Paris, contre 3 h 35 auparavant.