La description des ouvrages se fait de l'est vers l'ouest, de Nantes vers Saint-Nazaire :

Vestige de la voie originelle de 1857

En contrebas des terrains des Oblates, de la rue Joseph-Cholet à la rue de la Tannerie, la voie de 1857 est désaffectée depuis l'ouverture en 1955 du tunnel de Chantenay. Cette tranchée d'environ 10 m de large et de 500 m de long ne conserve ni rail ni traverse. Elle est laissée à l'état de friche.

Gare de voyageurs

Il s'agit d'un bâtiment de gare dont le corps principal est réalisé selon un modèle commun aux gares moyennes de la ligne Nantes-Saint-Nazaire : Basse-Indre-Saint-Herblain, Saint-Étienne-de-Montluc et Donges. Ses façades, sur cour et sur quai, sont rythmées de 5 travées, dont les 3 centrales sont serrées autour de la porte d'entrée. À Chantenay, le corps principal, en maçonnerie enduite, couvert en ardoise, est prolongé de part et d'autre de deux ailes en rez-de-chaussée. À l'intérieur de la gare est apposée une plaque à la mémoire de René Tessier, agent de la SNCF tué par fait de guerre, pendant la Seconde Guerre mondiale.

Gare de marchandises

Des deux halles de la gare marchandises, il n'en subsiste aujourd'hui qu'une seule. Réalisée en maçonnerie enduite, elle est couverte d'un toit à double pente formant de larges débords, soutenu par une charpente en bois. Des ouvertures larges et régulières, encadrées en pierre calcaire, donnent l'accès à niveau des trains de marchandises. La deuxième halle a été démolie vers les années 1960.

Embranchements ferrés liant les usines au réseau

Le plus grand nombre des embranchements ferrés pénétrant sur les terrains des usines et parfois à l'intérieur des bâtiments est aujourd'hui désaffecté : au nord, Carnaud MetalBox, Georget, Joseph Paris conservent, pour certains, des bâtiments longeant la voie ferrée abritant parfois des quais de chargement. Au début du XXe siècle, quasiment toutes les usines ont des embranchements. Le quai Saint-Louis, les entrepôts de la Chambre de Commerce, les Anciens Chantiers Dubigeon, la Menuiserie Lechat, la Raffinerie, le port du Cordon bleu, Levesque, la société des Houilles et Agglomérés, Brissonneau et Lotz, Kuhlmann, la centrale électrique, Blanzy-Ouest, Georget, Barbier et Turenne, Joseph Paris, Saint-Gobain, la Papeterie Gouraud, le quai de Roche-Maurice possèdent des embranchements ferroviaires. Sur le plan de 1930 de la Ville de Nantes, le total cumulé de ces embranchements et des installations ferrées sur quais pour le matériel de levage et de déchargement des industries au plus fort de l'activité ferroviaire industrielle est ainsi de 20 km environ. Cette occupation en très grande partie privée des accès à la Loire se fait de façon discontinue entre le quai Saint-Louis et Roche-Maurice où chaque entreprise possède les infrastructures nécessaires à son activité. Aujourd'hui, seul Sonastock (et Paris ?) utilise un embranchement relié au réseau ferroviaire. Le réseau ferré portuaire y est relié au niveau du quai de Roche-Maurice, avec 6 postes de déchargement du Port Atlantique Nantes-Saint-Nazaire.

Ouvrages divers

L'escalier réalisé entre la Butte Sainte-Anne et le quai du Marquis d'Aiguillon dans les années 1849-1950, dans le cadre du projet d'urbanisme de l'architecte Henri-Théodore Driollet, enjambe la voie ferrée par l'intermédiaire d'un palier. Avec le dévoiement de la ligne sous la Butte, ce palier a disparu ; ses volées basses ont été déplacées contre le rocher afin d'élargir le passage routier sur le quai du Marquis d'Aiguillon en 1970. La construction du tunnel ferroviaire de Chantenay, passant en partie sous le terrain des Oblates, s'effectue de 1937 à 1941. Il comprend deux voies de circulation. Il est constitué de deux tronçons, séparés par une tranchée ouverte, la tranchée Babonneau. Il est mis en service en 1955. En 2012, la section Nantes-Chantenay est modernisée sur ses 4,5 km de double voie. Vers 1959, une passerelle est créée pour remplacer le passage à niveau entre la rue Jules-Verne et la rue Jean-Faber. Elle a été déplacée plus à l'ouest, au niveau de la cour des voyageurs, en liaison directe avec la gare, pour assurer le franchissement de la voie vers le quai en direction de Nantes. Elle garantit aussi le passage piétonnier à la rue des Usines. À Roche-Maurice, une passerelle ferrée de 70 mètres de long environ assurait le transbordement des navires, entre les quais de Roche-Maurice et Émile-Cormerais. Il s'agit d'une structure aérienne métallique, prenant appui sur quelques plots béton. Elle est reliée à la terre par une estacade en béton qui la traverse et mène à un appontement. L'ensemble enjambe une partie de la rive non remblayée de la Loire permettant la jonction en ligne "droite" entre les deux quais (Roche-Maurice et Cormerais). Sur une longueur de 2,5 km de voie ferrée SNCF entre la sortie du tunnel de Chantenay (aux Oblates) et Roche-Maurice, des passerelles et ponts assurent le passage du nord au sud du Bas-Chantenay. Le faisceau des voies atteint jusqu'à 150 de large (entre Carnaud et Saint-Gobain) en interdisant la traversée piétonne ou automobile sur près de 1 400 mètres.