2100年の世界を舞台に、電車からロボットに変形するヒーローたちを描いた全編CGのテレビアニメ。テレビ東京と中国・常州テレビ系列のアニメ制作会社「カーロンアニメーション」による、日中合作アニメとなる。音楽はエイベックスが担当、雑誌展開は『てれびくん』でタイアップが行われる。

プロジェクトは2011年にテレビ東京が中国でのアニメ事業を発表、中国国内での放送基準が厳しいため、テレビ東京共同製作ながら中国以外での世界ライセンスを買い取る形で出資し、番組自体は100%中国出資のアニメーションとなった。

番組最後に実写による列車紹介コーナーが入る。

テレビシリーズは日本で先行放送し、同年10月からは韓国で放送開始。

また、劇場版も同時に制作され、2013年に中国で劇場公開された。日本では同年11月にイベント上映を実施、翌2014年2月から正式な全国ロードショーがされた。

2100年。世界各国は手を結び「世界鉄道評議会」を発足させ、地上以外でも走行可能となる新鉄道システム「レーザーレール」の開発に着手した。このレーザーレールを走行する車両「トレインヒーロー」は人工知能を搭載し、人型ロボットに変形することができる。彼らは「トレインベース」と称する基地で日夜訓練を積むと同時に、世界中の災害現場で救助作業にあたる任務を遂行する。

• CG制作 - カーロン社

• 脚本・監督 - 竹治政枝
• 音楽プロデュース - エイベックス・エンタテインメント
• エグゼクティブ・プロデューサー - 川崎由紀夫（テレビ東京）、沢田雅也→力石稔、黒木健一
• プロデューサー - 秋間眞良・圡方真（テレビ東京）、須藤正徳
• アソシエイト・プロデューサー - 鈴木祐治、山田千恵、林順英・古舘由美子→大倉リンダ（テレビ東京）
• 制作進行 - 鈴木啓祐、竹治綾香
• キャスティング - 田寺尚和、村井亨子
• 翻訳 - 史幼之
• 編集 - 米田博之
• 録音／調整 - 白鳥陽一
• 録音スタジオ - スタジオ・エコー
• 宣伝 - 野口かず美（テレビ東京）
• 製作 - テレビ東京、トータルプランニングオフィス、カーロンアニメーション
• 著作権表示 - © CARLOON/テレビ東京/TPO/TOMY

テレビ東京系各局とBSジャパンでは、本放送終了の翌週から、同じ時間に『トレインヒーロー 再始動!』と題して再放送された。

2013年8月に中国で公開された。

日本では同年11月15日新宿ピカデリーでイベントという形で2回だけの特別上映を実施した。その後、ファンたちからの要望を多数受け、2014年2月22日から全国のイオンシネマにてロードショーが実施された。

ストーリーは映画として独立している。また、テレビシリーズで残った幾つかの謎が明かされた。

『河北麻友子 & 堀まゆみ『カニ食べ行こう!』中国・常州2人旅』（かわきたまゆこ アンド ほりまゆみ『カニたべいこう!』ちゅうごく・じょうしゅうふたりたび）は、中国の常州やカーロンアニメーションを紹介する特別番組。出演は河北麻友子、堀まゆみ。

『トレインヒーロー 本日もスピン・アウト！』はニコニコ動画配信の1分間の番外編Webアニメ。登場キャラはアール、ゴウ、サム。

2017年より『トレインヒーロー 本日もスピン・アウト！ インドネシア編』の配信を開始。インドネシア編ナレーターは遠藤純平。3人に加え新キャラとしてカレルとリマが登場。キャラ紹介が入るため1話のみ約5分

• 脚本・監督 - 竹治政枝
• フラッシュアニメーション - 三浦隆行
• 美術 - 菅原清二
• コンテ・脚色・脚本・キャラデザイン - 相馬宏充
• 音響・効果 - 1991.inc
• 編集 - 米田博之（2期）
• 製作（1期） - トータルプランニングオフィス、トレインヒーロー製作委員会
• 製作（2期） - テレビ東京、トレインヒーロー製作委員会

ポニーキャニオンより発売。

• タカラトミーより「マジカル変形」シリーズとして展開。ヒカリアンの流れを汲む一発変形トイだが、変形構造は異なる。
• アール、ゴウ、サム、ニール教官、アン、リュウ、シエテは基本的に全て同じ構造で、車体下面のスイッチがレール上の突起に触れるとスプリングが作動、足が伸び、ハッチを押し開いて腕が飛び出す仕組みになっている。また車体の屋根に付いているボタンを押しても、同様のアクションを起動することが可能である。変形しながら走行し続けることも可能。変形は、足首の大きさ、腕の付け根位置、腕が出た後のハッチの処理等、劇中のCGとは微妙に異なる。アールにはレールガン、ゴウにはレーザースピア、ニール教官には無塗装の右腕パーツ、サムにはレーザースコープが同梱されている。
• 連動玩具として「サウンド司令コマンダー」も発売。単体で音声が出るほか、放送中のデータ放送や、カードコレクションのコード、なりきり玩具である「電磁誘導レールガン」や「つばめ突きレーザースピア」と連動する。
• カバヤ食品から玩具菓子「トレインヒーローガム」も販売。アール、ゴウ、サムのプラモデルが付属。

アール、ゴウ、サム、ニール教官、アン、リュウ、シエテは基本的に全て同じ構造で、車体下面のスイッチがレール上の突起に触れるとスプリングが作動、足が伸び、ハッチを押し開いて腕が飛び出す仕組みになっている。また車体の屋根に付いているボタンを押しても、同様のアクションを起動することが可能である。変形しながら走行し続けることも可能。変形は、足首の大きさ、腕の付け根位置、腕が出た後のハッチの処理等、劇中のCGとは微妙に異なる。アールにはレールガン、ゴウにはレーザースピア、ニール教官には無塗装の右腕パーツ、サムにはレーザースコープが同梱されている。
連動玩具として「サウンド司令コマンダー」も発売。単体で音声が出るほか、放送中のデータ放送や、カードコレクションのコード、なりきり玩具である「電磁誘導レールガン」や「つばめ突きレーザースピア」と連動する。