相対式ホーム2面2線を有する地下駅である。地下2階にホームおよび下り線用改札口が設置され、上り線用改札口は国際線到着ロビーと同じ地上2階に設置されている。近年に設置された駅としては珍しく、改札内での1番線と2番線の往来ができない構造になっている。自動改札機はすべて幅広型のものが設置されている。1番線改札出場後に国際線出発ロビー（3階）および到着ロビー（2階）に直通するエスカレーターとエレベーターが設置されている。当駅ではターミナルから荷物用カートをホームまで持ち込めるように、ホームの幅員が14メートルと広くなっている。また、カートの線路への転落を防ぐため、京急の駅で初めてホームにホームドアが設置された。このため、4扉でありホームドアに対応できない800形の入線は不可能である。また、荷物用カートを電車内に持ち込むことはできない。なお2100形が到着した時は、扉の無い車両中央のホームドアは開かない。外国人利用客への対応として、改札口付近に4か国語対応「ご案内カウンター」を設置するなど、日本の玄関に相応しい設備とサービスを提供するとしている。案内サインも4か国語表記で、視認性の高い位置や素材を検討の上設置されている。2019年1月28日、羽田空港国際線ターミナル駅に、目の錯覚を利用した「錯視サイン」を導入した。床に貼り付けた案内サインが浮かび上がるように見え、通行を邪魔せずに目立たせる工夫をした。駅では全国初の導入という。
開業予定は、当初2009年12月であったが、ターミナルの開業が延期されたことから2010年10月21日となった。2010年5月16日に、京急蒲田駅付近連続立体交差事業の進捗に伴って実施された、ダイヤ改正において、品川・都営浅草線方面 - 羽田空港（当駅開業と同時に羽田空港国内線ターミナルへ改称）間に設定された「エアポート快特」、品川・都営浅草線方面 - 羽田空港間もしくは横浜方面 - 羽田空港間に設定された「エアポート急行」、および快特・特急・普通が当駅の開業以降に停車することを前提としたダイヤとなり、当駅の開業後は空港線全列車の停車駅となった。京急では一日の乗降人員を約10,000人と予測している。
東京国際空港は2010年（平成22年）10月21日にD滑走路を供用開始した。これによって発着枠が増加し、国際線定期便の就航が可能になった。これにより、国際線のキャパシティが現行の第2旅客ターミナルビル南側に設置されていた旧国際線ターミナルビルよりも増大するため、多摩川と東京都道311号環状八号線に沿った区域に国際線旅客ターミナル・貨物ターミナル・駐車場などの新国際線区画が東京国際空港ターミナル等によって建設され、その旅客ターミナルの開業に合わせて駅の開設がなされた。なお、2002年（平成14年）に羽田再拡張が国土交通省によって策定された当初は、2003年（平成15年）度までに滑走路を着工の上、2009年（平成21年）12月に国際線ターミナルの開業が見込まれていた。しかし、港湾上の構造問題から滑走路の設計変更などが生じて2007年（平成19年）5月に着工したため、国際線新ターミナルの着工も順延し、2010年10月21日の開業とされた。京浜急行電鉄の駅は仮称を「国際ターミナル駅」としていたが、同年5月14日に「羽田空港国際線ターミナル駅」（はねだくうこうこくさいせんターミナルえき）と発表された。羽田空港（現在の国内線ターミナル）駅開業10周年を迎えた2008年（平成20年）11月18日に、初めて報道陣に工事の様子が公開された。建設中の同年3月27日に、電気工事をしていたターミナルビル1階部分から出火。作業員1人が負傷、駅舎など約500平方メートルが延焼する事故が発生した。
1987年公開のドキュメンタリー映画『ゆきゆきて、神軍』（監督：原一男、疾走プロダクション）では、主人公を演じる。戦後“神軍平等兵”を名乗り、かつての所属部隊・独立工兵隊第36連隊のうち、ウェワク残留隊において隊長による部下射殺事件があった事実を知り、当時の二人の兵士、吉沢徹之助の妹・崎本倫子、野村甚平の弟・寿也とともに“敵前逃亡"の罪で処刑した元上官たちを訪ね、真相を究明しようと試みる。二人の日本兵は敗戦後3日目には敗戦を知っていたにも関わらず、その20日後に処刑されたという。だが、当時の上官は処刑に立ちあったことは証言したものの、ひとりは空砲だったと言い、別のものは2人をはずして引き金を引いたと証言。誰が彼らを撃ったのかは不明のままとなる。しかし、すでに病人や高齢である当時の上官は容易には口を開きたがらない。しかし、奥崎は一歩も引かずさらに詰め寄り、ときにはその煮え切らない態度に業を煮やし殴りかかる。そのうち、殴られた上官は話しはじめ、少しずつ真実が見えてくる。その中で、彼らは飢餓状況の中で人肉を食べたことまで証言。やがて、二人の遺族は奥崎の、時として暴力も辞さない態度から、その後同行を辞退。奥崎はやむを得ず、妻と知人に遺族の役割を演じさせ、処刑の責任者たる古清水元中隊長を訪問し真相を質す。また同時に、独工兵第36部隊の生き残り、山田吉太郎元軍曹に当時の様子をありのままに証言するように迫る。1983年12月15日、奥崎は古清水宅を訪ね、たまたまその場で対応に出た息子に向け改造拳銃を発砲した。その後神戸に戻り、シズミと握手を交わした。その二日後、神戸市福原町にあるお好み焼き店から兵庫警察署に「事件について話したい。」と電話を入れ、駆けつけた警察官に逮捕された。その後神戸から広島の大竹中央署に護送される際、駆けつけた報道陣に対し、手錠をかけられたまま右手を振り上げ、「ご苦労さん！！」と言いながら車に乗った。殺人未遂などで徴役12年の実刑判決を受け、3年後の1986年9月18日に妻のシズミが没している。