臺北車站

车站构造

车站主体为地上6层、地下4层、长149米、宽110米之建筑；一楼大厅东、西、南、北各有四个出入口，二楼为微风台北车站美食街，三楼以上楼层为台湾铁路管理局本部办公室。地下1楼为穿堂层，北侧透过中山地下街、台北地下街与京站时尚广场、机场捷运站、台北转运站连通；南侧与诚品站前店连通。台铁、高铁站台层位于地下2楼，共有4个岛式站台、9线轨道；原本全由台铁使用，后转移其中的2个站台、4线轨道给予高铁使用。本站与邻近的善导寺站、台大医院站，以及中正纪念堂站均设计为民防车站，以防止空袭及炸弹破坏。
台北捷运板南线的地下三层车站、淡水信义线的地下四层车站，本站设有半高式站台门。地下第2层则为进、出站闸门与两线间转乘穿堂层；地下1层与站内地下商场连通，并有8个出入口。出口M6与寿德大楼和亿公司HOYII北车站美食商场及台北凯撒大饭店Metro A8地下美食街连通；西侧与站前地下街、诚品站前店连通。
由于其庞大而复杂的站体结构在台湾非常少见，因此又被戏称为“全台最大迷宫”，台铁甚至为此研发导航APP。

电子票证

2008年6月20日，台北车站之台铁站台出入口部分，正式试办启用悠游卡功能，位处第一段可使用电子票证区间（台北－树林），同年8月1起可持悠游卡至剪票口感应进站搭乘至基隆至中坜间19个车站，不限车种搭乘。于2011年1月1日，因应台铁多卡通验票闸门启用，于本站之台铁站台出入口持悠游卡通皆可使用多卡通验票闸门，本站台铁部分开放使用悠游卡、一卡通及icash 2.0、HappyCash付费，使用范围为台铁全线各站（含支线），不限车种搭乘（惟观光、团体、邮轮式、太鲁阁、普悠玛等指定列车除外）。

旅客流量

于台北车站乘车的台铁旅客常年为所有台铁车站之冠，以2011年为例，上车人数总计23,670,048，下车23,666,988，合计一年约4,700万人次。平均一日129,691人次。除此，该车站也是台北捷运系统旅运量最大的车站，2019年7月平均每日进出约341,950人次（尚不含未出票闸而在板南线与淡水信义线间换车的数十万人潮）。若再加上高铁乘客每日平均人次、台北转运站（每日4.6~6万人次）、地下街、周边商圈的人流等，每日进出人数更高达50万人次以上。
捷运二期路网陆续完工，预计可空出3成转乘人潮。

第一代车站

第一代台北车站位于大稻埕市街南侧，于清光绪17年（1891年）10月20日随着分别往新竹与基隆的铁路相继通车而启用，为一座欧洲式棚式车站。日本殖民台湾后，第一代车站持续使用至明治34年（1901年）8月25日，同时专营货运；‘淡水河岸货物取扱所’。同年10月房舍租给“汽车会社”（今川崎重工业）作为工厂使用；明治41年（1908年）拆除，但保存屋顶的钢制屋架。钢制屋架的24组钢梁铆接组中，有11组于明治42年（1909年）成为台湾总督府铁道部台北工场油漆工场屋顶的钢制屋架，另外13组也成为客车工场屋顶的钢制屋架；昭和14年（1939年），台北工场迁至松山后，油漆工场与客车工场皆改作为办公室；战后，原油漆工场于1950年拆除，原客车工场则改作为台湾铁路管理局礼堂（辟建市民大道时拆除4组钢梁铆接组），礼堂剩余部分已经被列为古迹，正在进行修复工作。
第一代车站于明治41年（1908年）拆除后，大稻埕停车场于同年迁至此地。该站原先于明治35年（1902年）2月1日在此地西南方的淡水河边设站，兼办客运‘大稻埕乘降场’，同年6月1日改称‘大稻埕停车场’；明治36年（1903年）成为淡水线铁路发车站。明治41年（1908年）迁至第一代车站旧址，并且原地新建日式木造车站；大正5年（1916年）8月17日改为货运站，客运由同日启用的北门乘降场接办；昭和12年（1937年）12月1日桦山货物驿落成后，大稻埕停车场废止。

第二代车站

为配合铁路改线、市区改正计划与考量日本人需求，将车站位置向东移至台北府城北侧城墙（后来城墙被拆除，改筑为“北三线路”，即今忠孝西路）附近，车站正门开在“表町通”（今馆前路），并与台湾总督府博物馆（今国立台湾博物馆）遥遥相立。
带有文艺复兴风格的第二代车站，于明治34年（1901年）8月25日随着淡水线通车及新竹至基隆铁路改线完工而启用（当时称为“台北停车场”）。随后并于明治41年（1908年），在第二代车站斜对面兴建当时以设备高级著称的台北铁道饭店（1945年毁于美国与中华民国联军空袭，现址为新光摩天大楼）。
原本台北站也兼办货运，但在桦山货物驿（战后改名为华山货运站，已废止）于昭和12年（1937年）12月1日落成后，货运又随之停办。

后车站

大正12年（1923年）3月6日，另外兴建于车站内轨道区北侧，规模较小的台北后车站（当时称为“里台北驿”）启用，取代同日停用的北门驿成为淡水线铁路的新端点站，并便利当时聚居于大稻埕的本岛人（即台湾人）进出车站。台北后车站为一栋木造建筑，建筑外貌较为小巧。台湾人称“里台北驿”为“后车头”，或沿用日本人的“后驿”称之。
台北后车站于1988年随着淡水线铁路废止而停用，民间原计划发起保存后站站房，但1989年9月23日突然被火烧毁。目前在原址附近的市民大道与太原路口设有“后火车站怀旧广场”（2001年9月落成），该广场上布设了一座简易站台，及陈列由台铁提供的单节客车。

第三代车站

由于原有的前站空间不敷使用，因此自昭和14年（1939年）起原地改建为带有现代主义风格的方块型水泥建筑（第三代车站，昭和16年（1941年）落成，当时改称“台北驿”），内部可用空间也因此增加不少。此外，昭和5年(1930年)从民营收归市营的公交车，也以台北站作为路线的主要端点站之一。
战后，第三代车站持续留存使用，并于1977年南港调车场落成后，利用前站与后站间，原本的客车场用地增建两座月台。由于位处市中心，过去公路局长途客运（现在的国光客运）的台北总站即位于前站两侧，加上行经车站附近道路并设站的市区公交车、短程客运路线越来越多，大台北地区最大交通转运站的地位因此逐渐确立；车站建筑也成为台北市的交通地标，以及许多北上旅游、工作或求学的中南部民众对于台北的重要印象。
进入1980年代之后，随着台北铁路地下化专案第一阶段工程启动，第三代车站面临被拆除的命运。1986年2月24日，在完成最后一次春节疏运任务后，第三代车站正式停用，并自3月1日开始拆除。

临时车站

铁路地下化过程中，工程单位拆除第三代车站东侧的扇形机车库，于扇形机车库及第三代车站原址间兴建新的地下化车站。由于第三代车站已经先行拆除，因此台铁曾于第四代车站启用前，在第三代车站旧址西侧兴建临时车站使用，而被部分民众认为是第四代车站。于2000年拆除。

台湾高铁台北站

过去铁路地下化“万板专案”中，作为临时线路兴建的台北—万华段南隧道，早已经预定未来将移交高铁使用。不过由于现有地下化的台北站原本规划为专供台铁使用，相关单位一度认为有必要在原有的台铁车站之外，单独新建高铁车站，因此并未针对台北站及周边的规划进行修正。但交通部高速铁路工程局重新评估设站计划后，却发现难以另行兴建车站（南隧道直接连结地下化的台北站月台，附近的地下空间又已经用完），造成日后台铁必须交付台北站四个月台当中，南侧的两个站台、以及相应的四线股道给高铁使用，且松山—台北段南隧道也必须连带交付。
台铁认为自身运量极大，两个站台不足以应付需求，所以只愿意交付一个站台与两线股道。但许多专家评估后认为：高铁需要两个站台才能正常营运。确定政府必须遵守其与台湾高速铁路公司间的合约后，为了降低交付站台与股道可能造成的冲击，台铁先行缩减站台使用，改为现今的运用模式；此外也减少列车班次。后来受到台铁员工卧轨抗争（第二次卧轨）影响，又暂时恢复为使用四个站台：南下列车由第二站台到发，北上列车由第三站台到发，第一、四站台则作为临时站台。2004年4月5日，台铁正式将两个站台与四线股道永久转交给高铁使用。
由于高铁台北－板桥段是由交通部台北市区地下铁路工程处负责施作，高铁仍需就原有设施进行改建，但大规模改建可能会影响到同区间台铁隧道的正常营运，高铁车站因此延后启用。2007年2月1日，交通部核发高铁台北站－板桥站段营运许可。北上列车自2月14日延伸行驶至台北站，供乘客下车，但不开放乘车；3月2日才开放乘客于台北站上车。南港站于2016年7月1日启用后，高铁北端的起讫站从台北站转移至该站。

车站改善工程

有鉴于现有台北站站房完成已经超过二十年，由于当年设计未有长远考虑，其进出站动线、设施已经不能满足捷运、高铁、公路客运等甚至机场捷运带来的庞大旅客需求，故自2010年底起配合诚品站前店地下街工程，率先完成“地下一楼东侧人行通道新建工程”及“地下一楼西侧人行通道贯通工程”，作为整个改善工程的开端。此外，除了针对动线标示、消防设施、化妆室改善及大厅屋顶翻修外，原置于车站一楼中央的台铁售票设施于2011年9月19日西移，使中央区域成为开放之公共空间，并可做为展演场地之用。原设于售票房上方两面的翻牌式时刻表原本将报废，但因其为全台仅有具独特性，经争取后一面随售票房西移工程搬迁续用，置于中央大厅西侧，旁边置有书法家董阳孜之“台北站”题字，另一面则拆下保存。全部改善工程至2012年6月完工，总经费约新台币8到9亿元。
此外，台铁与承包站内商场经营的微风广场合作，2016年10月7日于中央大厅东侧启用“嘟嘟钟”装置艺术时钟，每天上午6时至午夜12时的每个整点进行长达2分36秒的报时表演，以台语民谣《丢丢铜仔》为主题旋律。中央大厅内的多媒体影音墙也会与嘟嘟钟连动，播出台铁的铁道风貌。
除了车站内部之外，台北站站房自2012年11月22日起进行屋顶翻修，2015年5月11日起动工进行屋顶铺设，将原以混凝土铺设的屋顶改为陶制瓦片，于2016年7月完工。