La grande vitesse ferroviaire consiste à faire rouler des trains à grande vitesse, en général sur des voies spéciales, que l'on appelle alors « lignes à grande vitesse (LGV) ». La construction de ces lignes nouvelles représente un investissement souvent très important pour le pays qui la décide, c'est pourquoi les enjeux de la grande vitesse et son impact économique et social sont étudiés en profondeur avant et après construction. Les trains qui peuvent circuler à grande vitesse sont appelés des trains à grande vitesse.
Si tous les trains ne roulent pas à la même vitesse, en Europe, on parle de grande vitesse à partir de 200 km/h sur voies conventionnelles réaménagées et de 250 km/h sur voies dédiées (Directive 96/48 EC, Annexe 1). Il existe en Europe des lignes dédiées permettant d'atteindre régulièrement des vitesses commerciales de 250, 300, voire 320 km/h.