新幹線・在来線共に地上駅で、橋上駅舎を備える。九州新幹線の駅としては唯一の地上駅である。新幹線ホームは相対式ホーム2面2線、在来線・肥薩おれんじ鉄道ホームは島式ホーム1面2線で、南半分が1番のりば・2番のりば（JR鹿児島本線）、北半分が3番のりば・4番のりば（肥薩おれんじ鉄道）となっている。この他、駅本屋側には使用されていない単式ホーム1面1線が存在する。新幹線は鹿児島中央方で川内新幹線車両センターへの引込線が伸びているが、2011年3月12日に同センター全体が当駅構内の留置線扱いとなった。1987年の宮之城線廃止以前は、在来線側は上記のホームの他に同線の発着に使用するホームが1面設けられた3面5線の構造であり、さらにその外側に貨物側線群が設けられていた。貨物側線は、国鉄時代末期の貨物取扱い縮小により列車留置線に転用され、宮之城線ホームは、同線廃止後は鹿児島本線のホームとして使用された。JR九州移行後も新幹線の建設まではほぼそのままで使用されていたが、その後新幹線建設に伴い旧宮之城線ホームは撤去され、留置線も川内川付近に移転し、旧宮之城線ホームと留置線跡地に新幹線の線路やホームなどの施設が設けられた。2004年3月の新幹線開業時には駅舎の橋上化が行われたほか、鹿児島本線当駅以北の肥薩おれんじ鉄道への経営移管に伴い旧1番線ホームの使用が停止され、上記の構造となった。旧1番線ホームは現在もホームの一部、線路、架線が当時のまま残っていて本線とも繋がっているものの、旧駅舎や跨線橋は全て取り壊されていて旅客通路からは分離されているためホームに立ち入ることが出来ず、出発信号機や入換信号機も使用停止を示す×形の板が取り付けられている。
新幹線は、速達型の「さくら」と各駅停車の「つばめ」の全列車が停車する。日中は主に「さくら」が1時間あたり2本停車し、この2本の「さくら」のうち熊本駅 - 鹿児島中央駅間を速達運転する列車と、この区間を各駅停車として運行する列車が交互に停車する。最速達型列車の「みずほ」は2018年3月17日のダイヤ改正で臨時列車が上下1本ずつ停車するようになり、2019年3月16日のダイヤ改正以降は下りが定期列車・臨時列車各1本ずつ、上りが定期列車2本の計2往復が停車している。肥薩おれんじ鉄道線の列車は、普通列車の上下10本（土休日は上下8本）が隈之城駅に乗り入れる他は全て当駅発着となる。また、JR九州の車両は肥薩おれんじ鉄道線には乗り入れず、すべて当駅発着となる。鹿児島本線では朝と夜間に特急「川内エクスプレス」が1往復発着していたが、2016年3月26日のダイヤ改正で廃止となった。また、肥薩おれんじ鉄道線の快速「オーシャンライナーさつま」も鹿児島本線に乗り入れていたが、2019年3月16日のダイヤ改正で乗り入れを取りやめて当駅発着となった。また、九州新幹線の一部開業に伴うダイヤ改正から、鹿児島本線下り（串木野・鹿児島中央方面）最終列車の時刻が大幅に繰り下げられた（九州新幹線開業前21時台半ば→開業後23時台後半まで）。ただ、全体の運転本数はほぼ半減することとなった。また、同線上り最終の普通列車について、当駅終着時刻は新幹線開業時まで日付を跨ぐことはなかった（新幹線開業直前23時54分→新幹線部分開業当時0時30分。現在0時41分。）。
JR九州の九州新幹線（鹿児島ルート）と鹿児島本線、肥薩おれんじ鉄道の肥薩おれんじ鉄道線の3路線が乗り入れ、接続駅となっている。旅客駅においては、九州新幹線開業前は当駅より上り方面も鹿児島本線であり、JR九州の単独駅であったが、2004年の九州新幹線開業による並行在来線の経営分離により、現在はJR九州と肥薩おれんじ鉄道が駅構内を共用する共同使用駅となっている。
島津宗家15代当主島津貴久の三男島津歳久を祖とする系統である。本来は薩摩の祁答院（現・鹿児島県さつま町宮之城）を本拠としていたが、歳久の娘婿である島津忠隣が根白坂の戦いで戦死して歳久に先立ち、その歳久も梅北一揆の首謀者との嫌疑で豊臣秀吉より自害を被ると、歳久夫人と忠隣夫人は処分を不服として忠隣の嫡男常久を擁して虎居城に立て籠もった。約1か月の籠城の末、歳久夫人らは開城、常久成人の暁には旧領へ戻す約束をして入来院重時与かりとなり清敷城に住んだ。その後、常久には文禄元年（1592年）に塔之原（現・鹿児島県薩摩川内市樋脇町）300石、さらに文禄4年（1595年）に日置（現・鹿児島県日置市日吉町日置）3600石が下賜されたのであるが、常久は日置へ移住、以後より日置島津家を称するようになった（その後、旧領の一部である船木に加え、黒木や藺牟田なども与えられる）。4代久慶が死去した折に、その養子であった久予（後の久憲）の讒言により、久慶は系図より一時名前を削られ、日置家の所領も東郷（現・鹿児島県薩摩川内市東郷）のみとされる。しかし、寛文元年（1661年）に5代忠朝へ日置500石が加増され、延宝8年（1680年）、6代忠竹の頃に日置へ再び移住し、復帰が成った。江戸時代、5代藩主（宗家22代）島津継豊の頃に家格整備が行われると、日置家の宗家は薩摩藩において一所持、忠竹の弟の久近を祖とする清太夫家、および忠竹の子の久英が興した山岡家が寄合衆の家格とされた。江戸時代の庶家には先述の山岡家の他に赤山家がある。偏諱は次男までは「久」の字、また清太夫家と赤山家・山岡家も嫡男のみが「久」の字、それ以外は「歳」の字とされたが、山岡家のみは嫡男以外は「英」の字とされた。