北京火车站分别在东城区、朝阳区、丰台区、西城区。北京共有五个火车站，分别是北京站、北京东站、北京南站、北京西站、北京北站，其中北京站属于东城区，北京东站属于朝阳区、北京南站和北京西站属于丰台区，北京北站属于西城区。
截至2017年底，北京站占地面积25万平方米。总建筑面积8万平方米。车站平面为前候车厅后站台中轴对称式布局，立面以两翼拱卫着中央。具体的造型和装饰则取材于中国传统建筑，但又加入了新的结构形式，两翼的候车厅采用平顶，中央部分是由两个钟楼侍卫着中心带有扁壳屋顶的大厅。大扁壳为35米×35米，采用预应力边缘构件。
除大厅外，高架候车厅也采用扁壳屋顶。两翼房间窗上沿用曲线形式和中心大厅协调统一。立面上采用了大片整齐的玻璃窗，创造出一种轻快、明朗、大方、新颖的车站建筑形象。北京站建筑艺术处理体现了民族文化传统。立面装饰重点突出，钟楼、翼楼、三拱大窗等处采用了琉璃瓦屋顶及玻璃花饰，大厅大理石墙上打磨发亮的铝制通风花格和柱头纹样均采用了中国古青铜器纹，简洁大方。
北京站车站布局为纵列式，分为到发场、交接场、调车场。北京站站舍大楼坐南朝北，东西宽218米，南北最大进深124米，建筑面积71054平方米。站前广场面积40000平方米。北京站站台为中国铁路系统内第一个设有无站台柱雨棚的车站，北京站的无站台柱雨棚覆盖面积81887平方米，柱距大约33至34米，最高高度为13米。
北京站是京沪铁路、京哈铁路、京承铁路、丰沙铁路、京原铁路、京广铁路、京九铁路等多条客运专线及城际高速铁路的交会节点。开往东北方向、华东地区、出境列车（K3/K4次列车、K19/K20次列车、K27/K28次列车）等在该站始发。