De dos, une enfant regarde à travers une clôture. Face à nous, une femme est assise avec un petit chien sur ses genoux et un livre à la main. La vapeur qui s'échappe d'un train invisible masque l'arrière-plan au centre, mais le bord d'un pont s'avance à droite, identifiant le cadre comme la Gare Saint-Lazare, la gare la plus animée de Paris et l'emblème de la métamorphose de la ville au XIXe siècle.
Au-delà de la représentation de la ville moderne, le tableau suggère surtout la manière dont les gens l'ont vécue. Collées conter la longue clôture en métal noir, ces femmes à la mode sont non seulement éloignées du chemin de fer mais aussi l'une de l'atre. Elles regardent dans des directions opposées et sont absorbées dans leurs activités. Manet ne nous donne aucun indice sur leur relation, même si nous, spectateurs, semblons interrompre la lecture de la femme. Elle nous regarde avec l'expression neutre caractéristique du regard d'un étranger en rencontrant un autre dans la métropole moderne.
La plupart des critiques ont réagi négativement face à ce ce sujet qu'ils trouvaient trivial et confus. Peu de gens reconnaissaient qu’avec son mélange déconcertant d’immédiateté, de détachement psychologique et de récit indéfini, Le chemin de fer représentait la façon dont le programme de rénovation urbaine de Paris, dont les chemins de fer étaient la pièce maîtresse, avait déstabilisé les relations sociales dans la ville.