과거 국가기관이었던 철도청의 후신 공기업으로, 2004년 12월 31일 해체된 철도청의 뒤를 이어 2005년 1월 1일 국토교통부 산하의 준 시장형 공기업 형식으로 설립됐다. 대한민국 내의 거의 모든 철도망은 한국철도공사가 운영하며, 일부 구간의 경우 국가철도공단이 운영하기도 한다. 주 거래은행은 우리은행이며, 이런 이유로 서울역, 대전역, 동대구역, 부산역같이 굵직한 역들의 주변에 우리은행 지점이 있다. 국가철도공단의 주 거래은행도 역시 우리은행이다.

공식적인 법인명은 한국철도공사이나, 이렇게 공식 법인명으로 부르는 경우는 그렇게 많지 않고, 대부분 코레일로 부르는 편이다. 공사 내부에서도 자사의 약칭을 코레일로 사용해 오다가 2019년 10월 8일, 공식적인 약칭을 코레일로 바꾸었다.

원래 공사 사옥은 정부대전청사였으나, 상술한 이유로 정부청사에 더 이상 사옥이 있을 이유가 없어져, 2009년부터 대전광역시 동구 중앙로 240 철도기관 공동사옥을 지어 국가철도공단과 나란히 입주 중이다.