Der Bahnhof Rendsburg ist der Knotenpunkt zwischen den Strecken Neumünster–Flensburg und (Husum–)Rendsburg–Kiel, er wird von der Deutschen Bahn AG in der Bahnhofskategorie 3 geführt. Früher bestand vom Rendsburger Bahnhof aus noch eine weitere Verbindung nach Husum. Diese wird heute nur noch im Güterverkehr auf einem kurzen Abschnitt befahren.

Im Fernverkehr halten am Bahnhof Rendsburg seit dem 9. Dezember 2007 ICE-Züge der Relation Berlin–Aarhus sowie EuroCity-Züge der Relation Aarhus–Hamburg. Außerdem stellen InterCity-Züge an Freitagen Direktverbindungen zwischen Flensburg, Berlin Südkreuz und Köln Hauptbahnhof her. An Sonntagen halten zwei einzelne ICs nach Flensburg.
Die DB Regionalbahn Schleswig-Holstein fährt im Regionalverkehr zwischen Neumünster und Flensburg mit RE- und RB-Zügen im Stunden- oder Zweistundentakt. Seit Dezember 2005 wird der vor einigen Jahren eingestellte InterRegio-Verkehr wieder von der DB Regionalbahn Schleswig-Holstein als „Schleswig-Holstein-Express“ bedient.
Die Nord-Ostsee-Bahn befährt die Relation Husum–Jübek–Schleswig–Rendsburg–Kiel mit modernen Triebzügen im Stundentakt. Insbesondere während der Kieler Woche wird auf dieser Relation das Zugangebot deutlich verstärkt, so dass zeitweise lokbespannte Züge zum Einsatz kommen.

Der Bahnhof besitzt mehrere Gleise, wovon vier einen Bahnsteig besitzen, der genutzt wird. Die Gleise des Personenverkehrs werden von einer Bahnsteighalle überspannt. Die Züge fahren wie folgt:
Gleis 1: Fern- und Regionalzüge Richtung Hamburg, Regionalzüge der RB-SH nach Neumünster
Gleis 2: Regionalzüge der NOB nach Kiel
Gleis 3: Fernzüge Richtung Dänemark, Regionalzüge der RB-SH nach Flensburg/Padborg, Regionalzüge der NOB nach Husum/Bad St. Peter-Ording
Gleis 4: keine planmäßige Belegung