武汉铁路枢纽依托武汉市沿江黄陂区、江岸区、硚口区、汉阳区、武昌区、青山区、洪山区等区域内巨大而繁忙的客流、物流和车流而建，并辐射湖北省全境以至华中地区和全国各地。武汉素有“九省通衢”之称，与北京、上海、广州并称为中国四大铁路枢纽
本枢纽接入线路现在为六向，待规划线路项目建成后将形成四通八达、客货分离的复杂多向线路体系。其中，2009年新建成的合武、武广两大客运专线均为时速300公里/小时以上级别，将武汉--北京、武汉--上海、武汉--广州列车运行时间由原来的10-12小时分别压缩至3-5小时，大大缩短了两地的时空距离。特别是2009年底通车的武广客运专线，成为当之无愧的“中国第一速”，列车运行速度可达350公里/小时；同时既有的汉丹、京广、武九均为Ⅰ级电气化复线铁路，具备了开行最高时速250公里/小时的动车组的能力，并已开行了大量城际铁路列车、长途动车组列车，上述三大干线还是中东部重要的货运通道，汉丹铁路同时也是沪汉蓉铁路通道入川货运的主力通道；横麻铁路是武汉枢纽京广线与京九线的重要联络线，经过电气化改造后，列车时速和列车载重都大幅度提高，以适应电气化改造后的京九货运大通道；长荆铁路作为汉宜铁路开通前的暂时替代线路，经过电气化改造，将临时起到沪汉蓉铁路桥梁的作用。
本枢纽内线路依托上述骨干线路和枢纽内各大车站而建，起着枢纽内分解、集中车流的作用，同时实现了枢纽内客货运输互不干扰、各行其线。重要线路有：汉口站京广外绕线，负责分流京广、汉丹线北上不需经过汉口站内的列车；武汉北--大花岭货车外绕线，通过新建的天兴洲长江大桥和扩建的武昌东枢纽站，基本使京广线通过武汉的货车全部搬出城区，大大减轻了武汉长江大桥的通过压力；武九线南环线、北环线则侧重于武昌、青山等一系列国有大型工矿企业的原材料、货物运输和武九线客车引入；其他枢纽内线路还包括武汉北编组站接入京广、天兴洲大桥线路，汉阳港区、沌口开发区专用铁路，阳逻电厂专用铁路（也是未来江北铁路的组成部分）以及丹水池--江岸货场支线。
武汉铁路枢纽内车站众多。比较重要的车站有武昌、汉口、武汉、武汉北、武昌东、武昌南、汉阳、汉西、滠口等车站。
武昌站、汉口站为本枢纽内特等客运站。负责京广、汉丹、武九、汉丹、长荆、合武、宜汉线等众多通往全国各地的始发、终到、过境的所有普通短途和长途客车、短途和部分长途动车的接发任务，是武汉铁路枢纽内最为核心的两个特大型客运车站；
武汉北站为本枢纽内特等货运站，负责京广、汉丹、武九、横麻线上下行货车的解编工作，日办理列车数可达20000辆以上；
武汉站则是京广高速铁路的中点，是现时京广客运专线的始发站之一，负责武汉枢纽高速铁路列车的接发和与普速列车对接的任务，是武汉专门的高铁站，并由武昌站代管。
武昌东站与武昌南站则是重要的货物辅助编组站，与武汉北站形成货运“一主二辅”的格局；汉阳站则是武汉枢纽内的行包快运中转站，目前有京广线行邮特快停靠；
汉西站则是汉丹、京广线分离车站；滠口站则承担着武汉北站、京广铁路、天兴洲、武昌东站等多个方向的线路连接任务，十分繁忙。其他重要的车站还有吴家山集装箱中转站等。
全国新的列车图运行后，以武汉为圆心的“米”字形高铁网格，南北通达北广天深，东西连接沪宁渝成。东北方向可到济南、沈阳、长春、哈尔滨，西南方向可抵贵阳、桂林、南宁，西北至西安，东南至杭州、温州、福州、厦门、泉州。
“国家高铁的大发展带来了机遇，武汉也主动作为，顺应了这一大势。”市交通发展战略研究院院长张本涌认为，武汉顺势而为，通过建设大型铁路枢纽，主动引入城铁、地铁，从而优化城市格局，引领城市发展。新汉阳站就是在国家福银高铁干线经过之处设站，从而带动蔡甸新城发展；光谷站也是伴随城际铁路发展，通过加密城市轨道交通，带动这一城市副中心及花山新城崛起。
在交通网络发达的世界都市中，如伦敦、柏林、东京，火车站均成为融会各种交通工具的大型中央枢纽，担负城市角色甚至具有国家意义。专家认为，武汉全新火车站体系建设，有望在未来引领城市有机更新，城市格局发生深刻变革。