建設される高架駅は3階構造の4面8線の駅で、1階に改札や駅業務施設及びコンコースなど、2階に2面4線の名古屋本線ホーム、3階が2面4線の三河線ホームとなる。この三河線ホームは「コ」の字形の頭端式ホームで、通過可能な外側の2線が長いアプローチを経て名古屋本線（名古屋方面）と接続し、「コ」の字の内側に入る2線は知立駅での折り返しとなる。これまでの計画では、総事業費は499億円で2008（平成20）年度まで仮線工事、2009（平成21）年度に仮線切替、2011（平成23）年度に高架本体工事、2013（平成25）年度に高架切替、2014（平成26）年度の完成予定であった。2013年（平成25年）3月から仮駅工事を開始、その後順次南にずらし、2018年2月に仮ホーム移転が完了した。その後、上り線→下り線（本線のみ）→三河線と下り副本線の順番に高架化する。
知立駅周辺は鉄道により市街地が分断され、また鉄道と道路が平面交差していることで慢性的な交通渋滞が発生するなど、長年に渡り生活に及ぼす影響が看過できない事態になっていた。また、名古屋本線も神宮前駅から比較的距離があるにも関わらず、待避線が無いため緩急接続ができなかったり（実際、当駅を含む新安城駅 - 豊明駅間は待避不可）、三河線との乗り換えにも階段を利用しなければならず、バリアフリーの観点から長年改築が望まれていた。このため、知立市は知立駅を中心とした名鉄名古屋本線と三河線の連続立体交差事業計画を策定、合わせて知立駅周辺土地区画整理事業を行うこととした。
名古屋本線・三河線の両線は、元は愛知電気鉄道と三河鉄道という別会社が建設した路線である。両線が立体交差する地点にそれぞれ駅（初代知立駅と新知立駅）を設けて連絡し、名鉄合併後に駅名を統一した（2代目知立駅）。しかし、1959年（昭和34年）に名古屋本線に三河線が乗り入れられるよう駅を移設して現在の形（3代目知立駅）となり、旧駅は路線ごとに分割された（三河知立駅と東知立駅）。知立付近の線路がこのように複雑な経緯を経たのは、愛知電鉄が岡崎方面に向かって新線を建設する際、三河鉄道の知立駅に乗り入れる協議がまとまらなかったことに始まる。そこで愛知電鉄では知立駅を迂回するように一部路線を変更し、盛り土高架の立体交差として近くに新知立駅を設けることにした。
知立市のやや西に位置し、市の代表駅・玄関口となっている。名古屋本線と三河線の接続駅となっているために利用者が多く、全列車が停車する。三河線は知立駅にてスイッチバックして乗り入れる配線になっている。現在では三河線全線を直通する列車はなく、この駅を境に豊田市・猿投方面の北側区間（山線）と刈谷・碧南方面の南側区間（海線）で運転系統が分かれているが、実際は知立駅に到着した列車がそのまま反対側の区間への始発列車になる設定もあり、この場合は下車をせずに乗り継ぐことができる。2023年（令和5年）度を完成予定とした駅周辺の連続立体交差事業に伴い、2015年（平成27年）2月28日から2・3番線ホームの南側に設置した仮ホームと仮線の供用を開始すると同時に南改札口を新設した。
車体塗色は、■サンドグレーと■オリーブグリーンと□ミルキーホワイトである。また1000番台では、0番台の塗装のほかに窓下に、■オレンジである。交流直流両用電車であるが、交流は50Hz区間のみの対応である。集電装置は交流直流両用のPS26形パンタグラフである。仙台駅まで運用されるため耐寒構造ではあるものの、降雪量が少ない地域であることから耐雪構造ではなく、常磐線での使用に特化した車両となっている。主回路制御には205系電車や211系電車で使用されていた界磁添加励磁制御を採用しており、基本的には抵抗制御でありながら電力回生ブレーキが可能となることで、省力化・省エネルギー化を図っている。直流側のシステムは、211系電車と同様であるが、交流側の回路の整流装置に、サイリスタによる位相制御を採用したことで、交流区間でも電力回生ブレーキが可能となり、交流直流両用車としては日本初の回生ブレーキ装備車となっている。主電動機はMT61形、歯車比は783系電車と同一の3.95である。その後登場した交流直流両用電車はVVVFインバータ制御に移行したため、界磁添加励磁制御の採用例は本系列が唯一である。台車は、211系電車で実績のあるボルスタレス式DT50系列を基本としているが、高速性能向上のため、ヨーダンパ追設等のマイナーチェンジを図ったDT56形・TR241形を装着する。車内照明の供給電源は、従来系列と同様に電動発電機 (MG) からであり、このためデッドセクション通過時は、架線電源の供給が絶たれた際に蓄電池により点灯する予備灯兼用の照明を除いて消灯する。なお、交直切り替えは運転士のスイッチ操作で行われる。運転台やグリーン車の車掌室には、JR東日本の在来線電車では初めてブラウン管式のモニタ装置（MON3）が設置された。これはのちのTIMSにつながる技術である。また、車内自動放送装置はなく、車内放送チャイムも新造当初は485系電車などと同様の鉄道唱歌オルゴールだったが、1998年（平成10年）頃に現行の電子音チャイムに交換された。座席は0番台時普通車では、2＋2の配置。シートピッチは970 mm。グリーン車は2＋1の配置。シートピッチは1,160 mm。1000番台に改造後も座席に大きな変化はない。普通車、グリーン車ともに読書灯が設けられている。