Awal cerita Train to Busan adalah ketika sebuah truk pembawa barang diizinkan melewati sebuah daerah yang mengalami kebocoran. Ketika itu, pengendara truk tidak melihat seekor rusa melintas di tengah jalan sehingga rusa yang mati itu berubah menjadi rusa zombie.

Seok-Woo, seorang manajer keuangan sebuah perusahaan, berangkat ke Busan bersama anaknya, Su-an, untuk bertemu dengan ibunya sebagai hadiah ulang tahun anak perempuannya. Seok-Woo, yang baru bercerai dengan istrinya, berangkat dengan KTX (kereta api cepat Korea Selatan) dari Seoul bersama para penumpang lain. Ketika kereta akan berangkat, seorang wanita dengan luka di kakinya masuk ke dalam kereta tersebut. Wanita tersebut mencoba menyerang pramugari kereta yang ingin mencoba menolongnya. Sejak itu, wanita itu berubah menjadi zombie yang telah menginfeksi sejumlah besar penumpang kereta.

Tiba-tiba seok-woo menerima telepon dari ibunya yang telah menjadi zombie yang menyuruh seok-woo agar menjaga anaknya. Ia hanya bisa terdiam ketika harus menerima kenyataan bahwa ibunya telah tiada.

Masinis kereta mengumumkan bahwa kereta akan berhenti di Daejeon, tempat para tentara telah siaga untuk menolong mereka. Namun, ketika sampai di sana, keadaan stasiun sepi dan tidak ada orang sama sekali. Ketika menyadari bahwa seluruh tentara telah menjadi zombie, mereka masuk kembali ke kereta api tersebut dan menuju Busan, tempat yang kebocoran virus itu dibersihkan.

Dalam perjalanan tersebut, mereka diserang oleh sejumlah mayat hidup. Sayangnya meskipun Seok-woo berhasil survive dari kiamat zombie, ia sempat digigit oleh Yong-suk yang telah menjadi zombie, yang akhirnya berubah menjadi zombie. Seok-woo mengajari Sung Kyung dan Su-an bagaimana menghentikan kereta api sebelum ia meninggalkan mereka dan terjun dari atas kereta api yang berjalan.

Setelah turun dari kereta, para tentara mengira bahwa mereka berdua telah terinfeksi virus zombie. Namun setelah mereka mendengar su-an yang sedang bernyanyi, para tentara itu menyadari bahwa mereka berdua bukanlah zombie dan mengevakuasi mereka berdua.