島式ホーム2面4線を持つ地上駅。ホームの番号は構内西側から付けられており、1番線から4番線まで存在する。1・2番線が下り列車用、3・4番線が上り列車用で、2・3番線が本線、1・4番線が待避線となっている。このほかにも旅客用ホームに接しない線路があり、1番線西側の2線は待避線、4番線東側の2線は行止り式の留置線（着発収容線）となっている。この待避線・留置線は、特急「しらさぎ」「ひだ」の折り返し回送列車や、通勤輸送用の電車が留置されている。また、一番西側の待避線に接してホームがあるが、番線表示や駅舎とつながる階段もなく、旅客乗降用には使用されていない。ただし、「カートレイン」が運行されていた時は、このホームで乗用車の積み下ろしおよび旅客の乗降を行っていた。駅舎と2つのホームは跨線橋で繋がる。バリアフリーには3台のエレベーター（ホーム - 跨線橋間2台、改札階 - 地上1台）と、改札と跨線橋の間をスロープで結ぶことで対応している。構内の西側にある駅舎は2階建てで、駅事務室・改札口は2階にある。名古屋鉄道（名鉄）神宮前駅とは異なり橋上駅舎にはなっておらず、構内の東側に駅舎も設置されていないため、直接名鉄の線路を越えて駅の東側へ行くことは出来ない。JR東海の直営駅だが駅長は配置されていないため、金山駅が当駅を管理する。JR全線きっぷうりば、自動券売機2台（TOICA対応タッチパネル式）、TOICAチャージ機も設置されている。JRの特定都区市内制度における「名古屋市内」の駅である。
武豊駅を起点とし、「半田線」などと呼ばれた路線の終着駅として1886年（明治19年）3月に開業した。当時は現在地より78チェーン（約1.57km）南、現在の瑞穂区浮島町付近に駅があり（地図）、熱田港を介する鉄道・水運の連絡駅であった。1896年（明治29年）、利用増加に伴い熱田駅は熱田神宮近くの現在地に移転した。移転に伴い熱田港から離れたが、精進川（後の新堀川）への運河を建設し、港との連絡を図った。この運河は、その後の名古屋港駅や白鳥駅の開業により利用が減少し埋め立てられた。現在の駅舎は4代目である。駅の移転に伴い建設された2代目の駅舎は太平洋戦争中の1945年（昭和20年）5月、空襲に遭い焼失した。この日の空襲では、熱田神宮の社殿や笠寺駅駅舎なども焼失した。焼失から2年後の1947年（昭和22年）6月に3代目の駅舎が建設され、1982年（昭和57年）10月に4代目の現駅舎に改築された。開業時より鉄道貨物輸送の拠点駅の一つであり、有蓋車用車扱ホームが駅構内に設置されていたほか、日本車輌製造本社工場や内外輸送名古屋支店、中京倉庫などへ続く専用線が存在した。1980年代前半に合理化のためすべて廃止され、一部の業務は名古屋貨物ターミナル駅へ統合された。また、1980年代後半から1990年代にかけて「カートレイン」が運行されていた時期には、当駅が名古屋地区の始発・終着駅であった。
決勝スタート時は、気温30度、路面温度38度、湿度75%のドライコンディション。スタートは、フロントローのバトンとトゥルーリが遅れ、さらにBMWザウバーのロバート・クビサもエンジンのトラブルで遅れ、結局リタイヤ。一方、ロズベルグ、バリチェロ、KERSを搭載するルノーのフェルナンド・アロンソが順位を上げる。1コーナーはロズベルグが1位、トゥルーリが2位と続いた。アロンソは9番グリッドから一気に3番手まで順位を上げるも、ブラウンの2台にかわされた。序盤はロズベルグ、トゥルーリ、バトン、バリチェロの上位4台で周回し、その後方でアロンソ、ライコネン、マーク・ウェバーがそれぞれ接近戦を展開。ヘイキ・コバライネンはコースアウトし、第1戦に続き1周目でのリタイアとなった。5周目時点の公式の天気予報では、10分後（11周目ごろ）に雨が降ると予想された。 　 アロンソのペースが上がらないため、上位4台と5番手以降の差がみるみる広がった。11周目にライコネンが、13周目にウェバーがアロンソをオーバーテイクするも、前の4台とのギャップは大きい。上位は3番手のバトンがトゥルーリに迫っていった。13周目にベッテルが最初の通常ピットイン。各チームも続くが、ほとんどのマシンがドライタイヤでピットアウトした。その中でフェラーリは、このあとすぐに雨が降ると予想し、5番手のライコネンのタイヤを深溝のウェットタイヤに変更。しかし、予想は外れ、しばらく雨は降らず、順位を落としていった。上位はロズベルグ、トゥルーリ、バトン、バリチェロの順にピットインした。バトンがピットイン前にペースを上げ、順位はバトン、ロズベルグ、トゥルーリ、バリチェロとなった。上位勢が23周目に入るころから徐々に雨が降り始め、各マシン一斉にピットへ向かい、ウェットタイヤを装着。しかし、ウェットタイヤを使うには雨脚は弱く、その中でただひとり浅溝のインターミディエイトタイヤを履いていたグロックが大きく順位を上げる。その後、26周目にベッテルがインターミディエイトに履き替えた。これに続くマシンが出るも、直後に雷を伴う豪雨がサーキットを襲い、再びウェットタイヤへの変更を余儀なくされた。この混乱の中、ほとんどのマシンが3回以上ピットインを行なったが、唯一1度だけのピットインで済ませていたハイドフェルドが2番手に浮上。　雨は激しく降り続き、32周目で安全のためセーフティカーが導入されるが、33周目で赤旗が振られレースが中断された。40分以上様子を見たが、このままレース終了となった。セーフティカーが入る前の31周終了時点の順位でレースが確定し、終わってみればバトンが2戦連続のポール・トゥ・ウィンで通算3勝目を挙げた。ブラウンGPにとっては、F1が始まった初年度の1950年のアルファ・ロメオ以来のデビュー以来2戦連続優勝。ハイドフェルドが2位、グロックが3位で昨年のハンガリーGP以来自身2度目の表彰台。トヨタも2戦連続で表彰台を獲得した。トゥルーリが4位で入賞を果たした。なお、規定周回数の75％未満だったため、各ドライバーの獲得ポイントは半分となった。これは1991年第16戦オーストラリアGP以来18年ぶり5回目の出来事だった。