Établie à 70 mètres d'altitude, la gare de Cambrai est située au point kilométrique (PK) 194,500 de la ligne de Saint-Just-en-Chaussée à Douai, entre les gares fermées de Rue-Saint-Ladre et de Blécourt ; la première gare ouverte, en direction de Douai, est celle d'Aubigny-au-Bac. Sur cette ligne, seule la section entre Cambrai et Douai est encore en service.
Depuis la fermeture aux voyageurs de la gare de Cambrai-Annexe, elle est desservie par des trains circulant sur la ligne de Busigny à Somain, du fait de la bifurcation de Cambrai-Sud, vers le raccordement de Cambrai-Sud, et de la bifurcation d'Awoingt-Ouest, vers le raccordement de Cambrai-Nord. Sur cette dernière ligne, elle est située entre les gares ouvertes de Wambaix et d'Escaudœuvres.
En 2024, divers travaux sont effectués en gare : réparations du plafond du hall du bâtiment voyageurs, remplacement d'aiguillages (dans le cadre de la rénovation de la ligne Cambrai – Douai)[6], rehaussement des quais et construction d'une passerelle[7].
Service des voyageurs
Accueil
Gare de la SNCF, elle dispose d'un bâtiment voyageurs, avec guichet, ouvert tous les jours. Elle est équipée d'automates pour l'achat de titres de transport. C'est une gare disposant d'aménagements, d'équipements et de services pour les personnes à la mobilité réduite[8].
Desserte
La gare est desservie par des trains régionaux du réseau TER Hauts-de-France, permettant une desserte depuis et vers Paris-Nord (soit un aller-retour quotidien). D'autres TER effectuent des missions entre les gares de Lille-Flandres, ou de Douai, et de Cambrai, voire de Saint-Quentin (entre Douai et Cambrai, ces trains circulent via Somain, ou alors par Aubigny-au-Bac notamment en ce qui concerne les omnibus) ; de Cambrai et de Valenciennes ; de Dunkerque et de Saint-Quentin (en été)[8].
Intermodalité
Un parc à vélos sécurisé se situe près de la gare[8], à côté de la maison de la mobilité.
Un parking payant est aménagé sur la place Maurice-Schumann (parvis de la gare)[8] ; en outre, un parking relais gratuit se trouve en face de l'IFSI de Cambrai, non loin de la gare[9].
Une gare routière est implantée à proximité ; elle est desservie par[9] :
des autobus du réseau TUC (lignes 1 à 5, 9 à 18, N1 à N4, S20 à S70, S90, S100 et S140) ;