Der Bahnhof Mühlhausen befindet sich im Osten der Stadt. Der Regionalexpress von Erfurt nach Kassel oder Göttingen hält in Mühlhausen, ebenso die Regionalbahn von Gotha nach Leinefelde. Vom Bahnhof aus sind es zu Fuß circa 10 bis 15 Minuten bis in die historische Altstadt.