Район расположен между реками Волга и Свияга и граничит с Ленинским, Засвияжским районами города, Городским округом Новоульяновска и Ульяновским районом области. Общая площадь составляет 74 км². Южные окраины района традиционно называют «Киндяковка»[4].
В 1966 году в городскую черту была включена Винновка, в 1971 году — п.Опытное Поле [5][6], в 1978 году — территория посёлка Ульяновского лесничества Ульяновского района[7]. В 1985 году был образован Набережненский сельский Совет (Посёлок имени Карамзина) и передан в административное подчинение Железнодорожного района Ульяновска. Решением Ульяновского облисполкома от 3 мая 1988 г. № 200 переданы в административное подчинение Железнодорожному районному Совету народных депутатов г. Ульяновска: Белоключевский сельский Совет (село Белый Ключ)[8], Луговской сельский Совет (Луговое, Кувшиновка, Анненково, Пригородный, разъезд Анненково).
На территории района находится Винновская роща.
Району подчинены 12 сельских населённых пунктов[24][25] общей численностью населения (сельское население) в 9226 чел. в 2019 году[22].
Название району дана благодаря крупному ж/д узлу — проходящая по его территории Московско-Казанской, Волго-Бугульминской железных дорог и Волжской рокады (ныне всё — Куйбышевская железная дорога), железнодорожному вокзалу (ныне Старый вокзал) и ж/д станции «Ульяновск I» (построен в январе 1953 году), станции «Киндяковка» (ныне Ульяновск-Центральный), станции «Ульяновск-2», а также Императорский мост.
Впервые Железнодорожный район был образован 4 июня 1954 года Указом Президиум Верховного Совета РСФСР выделенный из части Сталинского района города Ульяновска. В состав района вошли: посёлок Киндяковка[4][26], слобода Туть[27][28], посёлок Борьба и посёлок мостостроительного поезда № 829 (основаны в 1942 г. со строительством Волжской рокады), УМЗ, пивзавод и жилые дома по волжскому косогору.[29]