I alla fyra riktningar går banor från Gotha.
Mot öst och väst går Thüringer Bahn, stambanan som öppnades 24 juli 1847. År 1995 stod moderniseringen och elektrifieringen klast, under samma tid fick stationen Gotha nya perronger. 1870 öppnades banan norrut, via Bad Langensalza och Mühlhausen (ett besök rekommenderas!) till Leinefelde. Sex år sena tillkom bibanan till Ohrdruf vid Thüringer Wald. Denna bana förlängdes 1892 till Gräfenroda som ligger vid banan Erfurt - Schweinfurt. Mellan Gotha och Gräfenroda gick de sista persontåg december 2011.

Stationshuset delförstördes under kriget. I dag är det i dårlig skick och är en kontrast till stationsplatsen och perrongarna som båda är moderniserade. Under den sista tiden flytades biljettförsläningen till ett annat ställe.

1894 öppnades Gothas spårväg. 1929 tillkom Thüringerwaldbahn, en spårvägslinje via Waltershausen till Tabarz i Thüringer Wald.


I Gotha stannar regional- och fjärrtåg. De sista erbjuder förbindelser i riktning mot Kassel - Ruhrområdet, mot Frankfurt och mot Erfurt och vidare till Leipzig, Dresden och Berlin.
Regionaltrafiken ser varje timme linjen Halle - Eisenach. Här går Abellio med elmotorvagnar av type Talent 2.
Mellan Göttingen, Leinefelde, Gotha, Erfurt, Gera samt Zwickau och Glauchau går varannan timme en linje md dieselmotorvagnar serie 612 som byter riktning i Gotha (det finns dock en kurva förbi stationen). Fram till Bad Langensalza vid banan mot Leinefelde går varannan timme DB med dieselmotorvagnar littera 641.