新幹線の乗車人員は2014年度で1日平均約4万人と推計される。また、乗換駅である名鉄名古屋駅・近鉄名古屋駅を含めた名古屋駅全体の乗降客数は、2016年現在一日平均1,240,232人であり、中部地方において最多である。
臨時車扱貨物取り扱い駅である。貨物列車の発着は無く、荷役設備や当駅に接続する専用線も存在しない。かつては荷役設備があったが、1937年（昭和12年）に独立し笹島駅となった。その笹島駅が廃止された翌年の1987年（昭和62年）3月31日（JR発足前日）に、貨物の取り扱いが書類上復活した。荷物営業も、小荷物や旅客手荷物を中心に取り扱っていたが、1986年（昭和61年）11月1日の荷物営業縮小に伴い小荷物の一部を除き廃止された。残ったブルートレインを使用する「ブルートレイン便」も2005年（平成17年）3月1日に、東海道新幹線を使用する「レールゴー・サービス」も2006年（平成18年）3月18日に廃止され、現在は新聞紙のみ取り扱っている。
駅東側の名駅地下街（メイチカ）の真下地下2階に位置し、近鉄名古屋駅や名鉄名古屋駅と平行している。島式ホーム1面2線で12両分の有効長を持ち、南側半分を藤が丘方面行きホーム（6両分）、北側半分を高畑方面行きホーム（6両分）が使用する千鳥配置になっている。列車が停車しない部分は柵等で遮断されている。2015年10月25日より可動式ホーム柵の使用を開始した。亀島寄りに片渡り線がある。1976年までは名古屋駅での夜間滞泊があり、藤ヶ丘駅（現・藤が丘駅）行の初発電車と星ヶ丘駅発の最終電車が名古屋駅始発・終着であった。コンコースとホームを結ぶエレベーターは高畑方面ホーム北端、北改札口側にのみあり藤が丘方面ホームからは距離がある。
JR名古屋駅中央コンコースの真下地下4階に位置し東西に延びている。島式ホーム1面2線で可動式ホーム柵が設置されている。ホームの有効長は8両分あるが、列車は全て5両編成(乗車位置番号は、双方とも前から①・②の順で、最後尾5両目の4つ目のドアが⑳)であるため、列車が停車しない部分は柵で遮断されている。桜通線の各駅は、2011年（平成23年）度のホームドア設置以降順次「駅アクセントカラー」が設定されており、当駅のアクセントカラーはセピア■である。地下3階のコンコースとホームを結ぶエレベーターは中央と東端（徳重寄り）の2ヶ所設置されている。
3歳秋にデビューし3戦目の新馬戦で勝ち上がると、格上挑戦となった4戦目のデイリー杯3歳ステークスでは4着に敗れるも、5戦目の条件戦を勝ってオープン入りした。なお、この勝利が生涯唯一の「単勝1番人気で1着」であった。そして次に出走した阪神3歳ステークスでは2着と健闘した。4歳初戦はシンザン記念で2着に入った。父・ビゼンニシキが果たせなかったクラシック制覇の期待をかけられるも、距離が伸びたきさらぎ賞・皐月賞トライアルのスプリングステークスで惨敗したことで短距離路線に転向し、GIIIのクリスタルカップとオープン特別の葵ステークスに優勝する。続けてニュージーランドトロフィー4歳ステークスでは2着。秋はマイルチャンピオンシップにぶっつけで挑戦するが、初めて後手から進むこととなり惨敗した。その後、オープン特別のシリウスステークスとGIスプリンターズステークスでは4着･5着と、勝ちきれないレースが続いた。5歳緒戦の淀短距離ステークスは4着に終わったが、続いて出走したマイラーズカップを5馬身差でレコード勝ちする。しかしその後はダービー卿チャレンジトロフィーで1番人気に推されるも4着、京王杯スプリングカップではダイイチルビーの6着と敗れる。そのため安田記念では10番人気であったが、レースでは道中好位を追走し、最後の直線で先頭に立ったところをダイイチルビーにかわされたものの、それでも粘って2着となった。その後CBC賞は2番人気で5着に終わったが、高松宮杯では、安田記念で本馬に勝ったダイイチルビーと叩き合いの末にハナ差で勝利した。秋に入り毎日王冠2着、スワンステークス9着のあとに出走したマイルチャンピオンシップではダイイチルビー・ケイエスミラクル・バンブーメモリーに次ぐ4番人気だったが、第3コーナーで先頭に立つと、ダイイチルビーに2馬身半の差をつけて優勝し、GI初勝利となった。次いで有馬記念に出走、距離不適と言われながらも5着となった。6歳になっても、マイラーズカップを60キログラムの負担重量を背負いながら昨年に続く5馬身差の圧勝で、グレード制導入以後では初となる連覇を達成した。（同一の平地重賞を2年連続5馬身以上の差で勝った馬は、後にも先にもヘリオス1頭だけである。）その後の3戦で2・1・2番人気に推されたが、連続して馬券対象から外れた。しかし毎日王冠をレコードタイムで逃げ切り、秋の天皇賞では3番人気になった。奇しくもその天皇賞には父・ビゼンニシキのライバルであったシンボリルドルフの仔・トウカイテイオーが出走していた。しかしダイタクヘリオスはメジロパーマーと超ハイペースで逃げた末に失速、これを追走したトウカイテイオーも実力を発揮できず、後方に控えていた人気薄のレッツゴーターキンとムービースターが1、2着となった。続いて前年優勝したマイルチャンピオンシップに出走した。1番人気をここまで4連勝中の4歳牝馬シンコウラブリイに譲るも、当時のレコードタイムで連覇した。その後はスプリンターズステークスに出走しひさびさの1番人気になるも4着、最後は連闘で有馬記念に出走しふたたび天皇賞と同じくメジロパーマーと激しく競り合った結果、12着に敗れた。これを最後に競走馬を引退した。