Herzstück des öffentlichen Personennahverkehrs ist die London Underground, die älteste und größte U-Bahn der Welt, deren erstes Teilstück im Jahr 1863 eröffnet wurde. Die U-Bahn wird jährlich von beinahe einer Milliarde Fahrgästen genutzt. Sie erschließt die Innenstadt und die meisten Vororte nördlich der Themse. Der Süden der Stadt wird hingegen hauptsächlich von einem engmaschigen Netz von Vorortseisenbahnlinien erschlossen.
Die fahrerlose Stadtbahn Docklands Light Railway erschließt das ehemalige Hafengelände der Docklands im Osten der Stadt und hat maßgeblich zur Regenerierung dieses Stadtteils beigetragen. Im südlichen Stadtteil Croydon fährt die Straßenbahn Tramlink.
Von wenigen Ausnahmen abgesehen durchqueren Vororts- und InterCity-Schnellzüge nicht das Stadtgebiet, sondern verkehren zu und ab vierzehn Hauptbahnhöfen, die rund um die Innenstadt verteilt sind. Die Eurostar-Züge verbinden London durch den Eurotunnel mit Paris und Brüssel.